Патент на изобретение №2398348

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромашиностроению, и может быть использовано при изготовлении транспортных средств, станков или устройств бытовой техники. Техническим результатом является улучшение масса-габаритных показателей путем упрощения конструкции. В способе управления электроприводом с электродвигателем (1) на постоянных магнитах, мостовым инвертором (2) переменного тока, емкостным накопителем (4), источником электропитания (5) и нагрузкой (6) в режиме движения и режиме торможения блок управления (3) инвертором (2) формирует сигналы, изменяющиеся в соответствии с законами движения или торможения с помощью высокочастотной модуляции. В режиме торможения в один полупериод частоты на время t<Т/2, где t – величина сигнала торможения, а Т – период частоты модуляции, одновременно открывают все полупроводниковые ключи инвертора (2), присоединенные к положительному выводу источника электропитания (5). В следующем полупериоде частоты на такое же время открывают все полупроводниковые ключи, присоединенные к отрицательному выводу источника электропитания (5), при этом на остальное время все ключи закрывают. Уменьшение потерь при торможении и улучшение экономических показателей устройства реализовано без усложнения силовой части, т.е. с оптимальными массогабаритными показателями. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромашиностроению, и может быть использовано при проектировании транспортных средств, станков либо устройств бытовой техники, например кондиционеров, компрессоров, вентиляторов.

Известен способ управления вентильным электроприводом, согласно которому управление ключами инвертора, подключенного к статорным обмоткам электродвигателя, осуществляют по каналу поступательного движения и каналу торможения. В режиме поступательного движения управление реализуют в соответствии с любым выбранным законом (1). Для повышения эффективности устройства и улучшения энергетических характеристик передачу электроэнергии на приводной двигатель осуществляют с понижающим коэффициентом преобразования напряжения, а рекуперацию электроэнергии с приводного двигателя при его торможении – с повышающим коэффициентом преобразования напряжения. Однако принимающая энергию рекуперации батарея не способна за короткое время процесса рекуперации принять соответствующую порцию энергии, а при резком увеличении напряжения может просто выйти из строя, результатом чего является снижение надежности и КПД.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ управления электроприводом колес автомобиля (2), согласно которому в режиме торможения напряжение на генераторе увеличивают, что позволяет рекуперировать некоторое количество электроэнергии в накопитель. Однако реализация данного способа управления осуществляется за счет достаточного усложнения конструкции, что ведет к ухудшению масса-габаритных показателей.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании данного изобретения, является улучшение масса-габаритных показателей путем упрощения конструкции.

Технический результат достигается за счет того, что согласно способу управления вентильным электроприводом, состоящему в том, что в электроприводе, содержащем электродвигатель с ротором на постоянных магнитах, статорные обмотки которого подсоединены к выводам переменного тока мостового инвертора, выводами постоянного тока подключенного к источнику электропитания и емкостному накопителю, в режиме движения и режиме торможения блок управления ключами инвертора формирует сигналы, изменяющиеся в соответствии с законами движения и соответственно торможения с помощью высокочастотной модуляции в функции величины сигнала движения либо торможения, причем в режиме торможения в один полупериод частоты высокочастотной модуляции на время t<Т/2, где t – величина сигнала торможения, одновременно открывают все полупроводниковые ключи инвертора, присоединенные к положительному выводу источника электропитания, а в следующем полупериоде частоты на такое же время открывают все полупроводниковые ключи, присоединенные к отрицательному выводу источника электропитания, при этом на остальное время все ключи закрывают.

В проанализированных патентных источниках информации не обнаружено сведений о способе улучшения масса-габаритных показателей за счет данной организации рекуперации энергии в емкостной накопитель, что позволяет сделать вывод о соответствии данного технического решения критериям охраноспособности.

На Фиг.1 представлена схема устройства, реализующего данный способ.

На Фиг.2 изображены диаграммы работы переключения ключей инвертора.

Устройство (Фиг.1) содержит двигатель 1 с ротором на постоянных магнитах, статорные обмотки которого присоединены к выходу переменного тока мостового инвертора 2 на полупроводниковых ключах, шунтированных обратными диодами. Ключи инвертора 2 переключаются с помощью блока управления 3, формирующего на своих выходах сигналы А⁺, В⁺, С⁺, и А^–, В^–, С^–. Формирование управляющих сигналов осуществлено с помощью широтно-импульной модуляции. Выводы постоянного тока инвертора 2 подключены к емкостному накопителю 4, например молекулярному конденсатору, и источнику электропитания 5, выполненному в виде выпрямителя. К выходу электропривода подключена нагрузка 6, представляющая собой, например, колеса транспортного средства.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении команды поступательного движения ключи могут переключаться по любому заданному закону, например, путем управления с помощью широтно-импульсной модуляции в функции сигнала движения (ж. «Электронные компоненты» 11, 2007 г.).

При снятии сигнала по каналу поступательного движения все полупроводниковые ключи инвертора закрывают, например, подавая запирающий их сигнал.

При поступлении команды «торможение» в один полупериод частоты высокочастотной модуляции (за счет широтно-импульсного модулятора в блоке управления) на время t<Т/2, где t – величина сигнала торможения, Т – период частоты высокочастотной модуляции, открывают все полупроводниковые ключи А⁺, В⁺, С⁺ (Фиг.2), присоединенные к положительному входному выводу источника электропитания 5, а в следующем периоде на то же время – все полупроводниковые ключи А^–, В^–, С^–, присоединенные к отрицательному входному выводу, причем в остальное время все упомянутые ключи закрывают (Фиг.2а).

На время длительности сигнала торможения (t) генератор работает в режиме динамического короткого замыкания, при котором энергия накапливается в индуктивности рассеивания его статорных обмоток. При выключении ключей эта энергия передается в емкостной накопитель 4. В следующий полупериод процессы повторяются с той только разницей, что динамическое короткое замыкание обеспечивают открытием ключей, подсоединенных к отрицательному выводу источника питания.

Динамическое короткое замыкание отличается от обычного короткого замыкания тем, что при нем величина токов определяется не только характеристикой генератора, но и временем торможения (t), частотой высокочастотной модуляции и индуктивностями рассеивания обмоток.

При увеличении сигнала торможения увеличивается время t (Фиг.2б), а частота высокочастотной модуляции не изменяется. Это означает, что при тех же параметрах генератора большее количество энергии можно передать в емкостной накопитель, что, в свою очередь, увеличит ток рекуперации и тормозящий момент.

По мере заряда конденсатора 4 и снижения оборотов электродвигателя (генератора) мостовой инвертор 2 работает как повышающий импульсный регулятор, следящий за напряжением на емкостном накопителе. Увеличение напряжения на конденсаторе 4 в два раза означает, что он получил 75% накопленной в нем энергии (CU²/2).

Таким образом, данный способ управления позволяет обеспечить высокие экономические показатели (за счет уменьшения потерь при торможении) без усложнения силовой части, т.е. с оптимальными масса-габаритными показателями.

Способ может быть реализован как при трехфазной, так и при двухфазной схеме инвертора.

Высокая энергетическая эффективность устройства, управляемого согласно данному способу, и хорошие масса-габаритные показатели позволяют рекомендовать данное изобретение при проектировании электроприводов транспортных средств, станков либо устройств бытовой техники.

Источники информации

1. Ж. «АвтоМир» 48, 2007 г., с.8.

2. RU 74530 U1, H02P 1/00, 2008 г.

Формула изобретения

Способ управления вентильным электроприводом, состоящий в том, что в электроприводе, содержащем электродвигатель с ротором на постоянных магнитах, статорные обмотки которого подсоединены к выводам переменного тока мостового инвертора, выводами постоянного тока подключенного к источнику электропитания и емкостному накопителю, в режиме движения и режиме торможения блок управления ключами инвертора формирует сигналы, изменяющиеся в соответствии с законами движения и соответственно торможения с помощью высокочастотной модуляции в функции величины сигнала движения либо торможения, причем в режиме торможения в один полупериод частоты модуляции на время t<Т/2, где t – величина сигнала торможения, Т – период частоты модуляции, одновременно открывают все полупроводниковые ключи инвертора, присоединенные к положительному выводу источника электропитания, а в следующем полупериоде частоты на такое же время открывают все полупроводниковые ключи, присоединенные к отрицательному выводу источника электропитания, при этом на остальное время все ключи закрывают.

РИСУНКИ