PL209760B1

PL209760B1 - Propulsion system for a traction vehicle

Info

Publication number: PL209760B1
Application number: PL369486A
Authority: PL
Inventors: Tadeusz Glinka
Original assignee: Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date: 2004-08-09
Filing date: 2004-08-09
Publication date: 2011-10-31
Also published as: PL369486A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ napędowy pojazdu trakcyjnego silnikami elektrycznymi.The subject of the invention is a drive system of a traction vehicle with electric motors.

Napęd pojazdu trakcyjnego: tramwaju, pociągu metra, pociągu kolejowego i trolejbusu jest zwykle wielosilnikowy, najczęściej 4-ro silnikowy. Napęd jest rozłożony wzdłuż pojazdu, jeden silnik napędza jedną oś.The drive of a traction vehicle: tram, metro, railway train and trolleybus is usually multi-engine, most often 4-engine. The drive is distributed along the vehicle, one engine drives one axle.

Znane są układy napędowe pojazdu trakcyjnego silnikami szeregowymi prądu stałego. Napędy te charakteryzują się niską sprawnością i dużą awaryjnością w szczególności w zimie. Awaryjność silników jest związana z komutatorem mechanicznym i aparatem szczotkowym. W nowych konstrukcjach pojazdów trakcyjnych są stosowane napędy silnikami indukcyjnymi klatkowymi. Napęd ten składa się z falownika o modulacji szerokości impulsów (MSI) i silników indukcyjnych klatkowych. Napęd ten jest bardziej niezawodny od napędu prądu stałego, a sprawność jest jego wyższa. W napędach tych nie można odzyskiwać pełnej energii hamowania, gdyż przy małych prędkościach silniki nie wzbudzają się do napięcia, które umożliwia pracę inwertorową falownika, tzn. nie wymusza przepływu energii od silnika do sieci trakcyjnej. Także sprawność silników indukcyjnych jest niższa w porównaniu do silników wzbudzanych magnesami trwałymi.Traction vehicle drive systems with DC series motors are known. These drives are characterized by low efficiency and high failure rate, especially in winter. The failure frequency of motors is related to the mechanical commutator and brush apparatus. New designs of traction vehicles use squirrel-cage induction motors. The drive consists of a Pulse Width Modulation (MSI) inverter and squirrel cage induction motors. This drive is more reliable than a DC drive and its efficiency is higher. In these drives, full braking energy cannot be recovered, because at low speeds the motors do not energize to the voltage which enables the inverter to operate in the inverter, i.e. it does not force energy to flow from the motor to the traction network. Also, the efficiency of induction motors is lower compared to motors excited with permanent magnets.

Z opisu patentowego nr US 5221880 znany jest ukł ad napędowy pojazdu trakcyjnego, gdzie napęd główny stanowią silniki bezszczotkowe wzbudzane magnesami trwałymi zasilane z własnych komutatorów energoelektronicznych.From the patent description No. US 5221880 there is known a traction vehicle drive system, the main drive of which consists of brushless motors excited by permanent magnets powered by their own power electronic commutators.

Układ napędowy według wynalazku charakteryzuje się tym, że między komutatorami energoelektronicznymi zabudowany jest przełącznik, przy czym przełącznik w czasie jazdy pojazdu trakcyjnego przełącza układ szeregowy w układ równoległy i odwrotnie.The drive system according to the invention is characterized in that a switch is built between the power electronic commutators, and the switch, while driving the traction vehicle, switches the serial system into a parallel system and vice versa.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat układu napędowego.The subject of the invention is shown in an exemplary embodiment in the drawing which shows a diagram of the drive system.

Układ jest dwusilnikowy M1, M2. W przypadku większej liczby silników (4 lub 6) układ napędowy jest powielany dwa lub trzy razy. Przedstawiony układ napędowy składa się z dwóch identycznych silników elektrycznych bezszczotkowych M1, M2 wzbudzanych magnesami trwałymi NdFeB, zasilanych z własnych komutatorów energoelektronicznych K1, K2. Trójpasmowe uzwojenie stojana silnika M1 jest połączone z komutatorem energoelektronicznym K1, który jest sterowany z układu sterującego S1. Do układu sterującego jest podawany sygnał z enkodera N1 kąta położenia wirnika silnika M1 względem osi pasma jego uzwojenia oraz sygnał z nastawnika jazdy V pojazdu trakcyjnego.The system is a twin-engine M1, M2. With more than one engine (4 or 6), the driveline is duplicated two or three times. The presented drive system consists of two identical M1, M2 brushless electric motors excited by NdFeB permanent magnets, powered by their own K1, K2 power electronic commutators. The three-band stator winding of the motor M1 is connected to the power electronic commutator K1, which is controlled by the control system S1. The control system receives a signal from the encoder N1 of the position angle of the motor rotor M1 in relation to the winding band axis and a signal from the drive controller V of the traction vehicle.

Układ połączenia silnika M2 z komutatorem K2 i układem sterującym S2 jest identyczny. Układ napędowy M1-K1 plus M2-K2 jest przyłączany do sieci trakcyjnej U-0 wyłącznikem W. Między komutatorem K1 i komutatorem K2 jest zabudowany przełącznik P, który umożliwia przełączanie układy komutatorów K1, K2 z zasilania szeregowego w równoległy i odwrotnie. Przełączenie jest automatyczne sygnałem z nastawnika jazdy V podawanym na przełącznik P. Przy prędkościach jazdy od zera do około połowy prędkości maksymalnej pojazdu komutatory K1, K2 są połączone szeregowo, odpowiada to regulacji napięcia na silnikach od zera do 0,5 U, gdzie U jest napięciem sieci trakcyjnej. Następnie przełącznikiem P komutatory K1, K2 są włączane w układ równoległy. W tym układzie połączeń pojazd trakcyjny może poruszać się z prędkością większą od połowy prędkości maksymalnej. Prędkość pojazdu trakcyjnego może być mierzona, a jej sygnał podawany do nastawnika jazdy V lub może być obliczany w układzie mikroprocesorowym sterownika S1 z sygnału enkodera N1.The connection system of the M2 motor with the K2 commutator and the S2 control system is identical. The M1-K1 plus M2-K2 drive system is connected to the U-0 traction network with the W switch. Between the K1 commutator and the K2 commutator there is a P switch, which enables switching the K1, K2 commutator systems from serial to parallel power supply and vice versa. The changeover is an automatic signal from the controller V supplied to the switch P. At driving speeds from zero to about half the maximum speed of the vehicle, the K1, K2 commutators are connected in series, this corresponds to voltage regulation on the motors from zero to 0.5 U, where U is the voltage overhead contact line. Then, by means of the P switch, the K1 and K2 commutators are connected to the parallel circuit. In this connection, the traction unit is able to move at a speed greater than half the maximum speed. The speed of the traction vehicle can be measured and its signal fed to the travel switch V, or it can be calculated in the microprocessor system of the controller S1 from the encoder signal N1.

Silniki bezszczotkowe M1, M2 wzbudzane magnesami trwałymi NdFeB, mają najwyższą sprawność ze wszystkich znanych typów maszyn elektrycznych, zastosowanie ich do napędu pojazdu trakcyjnego pozwala uzyskać napęd o najwyższej sprawności. Ponadto silniki M1, M2 są zawsze wzbudzone, co umożliwia ich pracę hamulcową z odzyskiem energii w całym zakresie prędkości jazdy pojazdu trakcyjnego. Komutatory energoelektroniczne K1, K2 nie zużywają się w czasie pracy, tym samym są bardziej niezawodne w stosunku do komutatorów mechanicznych w obecnie stosowanych silnikach prądu stałego, mają także od nich wyższą sprawność.Brushless motors M1, M2 excited by permanent magnets NdFeB have the highest efficiency of all known types of electric machines, using them to drive a traction vehicle allows to obtain a drive with the highest efficiency. In addition, the motors M1, M2 are always excited, which enables their braking operation with energy recovery in the entire speed range of the traction vehicle. K1, K2 power electronic commutators do not wear out during operation, thus they are more reliable in relation to mechanical commutators in currently used DC motors, they also have higher efficiency.

Claims

Drive system of a traction vehicle consisting of brushless electric motors excited by permanent magnets NdFeB powered by their own commutators, characterized by the fact that between the power electronic commutator (K1) and the power electronic commutator (K2) there is a switch (P), while the switch (P) while driving the traction unit switches the series system into a parallel system and vice versa.