СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ АСИММЕТРИЧНОГО ТОКА ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 1999 года по МПК H02J7/02 H02M7/155 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам и устройствам для формирования асимметричного переменного тока (АПТ), используемого для питания нагрузки с противоЭДС, например при формовке (формировке) во время производства, заряда и подзаряда аккумуляторов и аккумуляторных батарей (АБ) при их эксплуатации. Оно может быть использовано в гальванотехнике, а также в системах электроснабжения как стационарных, так и различных автономных объектов с применением форсированного (ускоренного) заряда и разряда аккумуляторов импульсным - асимметричным переменным током.

Асимметричный (называемый также реверсивным и рефлексным) переменный ток применяется в гальванотехнике для заряда аккумуляторов при их производстве и эксплуатации, а также для регенерации гальванических элементов. Он содержит постоянную и переменную составляющие и представляет собой совокупность чередующихся зарядных и разрядных импульсов, а иногда и совокупность зарядно-разрядных импульсов и пауз между ними. Переменная составляющая тока, осуществляя деполяризацию злектрохимической системы (ЭХС), активизирует процессы в ней, а постоянная составляющая производит необходимую работу, в частности в химических источниках тока (ХИТ) обеспечивает накопление энергии, т.е. заряд ХИТ.

Все многообразие способов обработки изделий асимметричным током, в том числе заряда ХИТ АПТ (см., например, А.Г.Николаев, Г.Н.Петров, Б.М.Сухарев и В. А.Хохдов. Системы электроснабжения, электрические сети и освещение. - Л.: ВИКИ им.А.Ф.Можайского, 1978, 189-191 с.), может быть сведено к двум основным группам способов формирования реверсного тока: разнополярными импульсами тока источника /источников/ и однополярными импульсами или непрерывным током источника.

Формирование АТП в первой группе осуществляется тремя способами: наложением импульсов пульсирующего тока на постоянный, наложением переменного тока на постоянный или наложением пульсирующего тока на переменный ток той же частоты.

Во второй группе способов зарядный источник генерирует однополярные зарядные импульсы так называемого "прямого" тока, а подразрядные импульсы "обратного" тока формируют специальными устройствами, усложняющими конструкцию систем заряда ХИТ, поэтому такие способы применяются сравнительно редко.

Известен способ формирования АПТ для заряда АБ от источника трехфазного переменного напряжения (ИТПН), при реализации которого [I, II] переменную и постоянную составляющие суммируют непосредственно в заряжаемой АБ, как показано на схемах фиг. 5 и 6.

В устройствах (системах), реализующих этот способ, формирование постоянной составляющей в виде униполярных, то есть однополярных импульсов тока, производится вентилями в одном полупериоде и эти импульсы детектированного тока накладывают на переменный ток, проводимый через зарядно-разрядный конденсатор (ЗРК), создаваемый напряжением смежной фазы /линии/ ИТПН. Батарея в такой С3 может быть заряжена до напряжения, не превышающего амплитудного значения линейного напряжения. Однополупериодная передача энергии в АБ влечет весьма низкое использование мощности источника, так как активной мощностью нагружается только одна его фаза /линия/, что приводит к существенной несимметрии токов трехфазного источника. Так как ограничение величины зарядного тока в известных устройствах осуществляется активным сопротивлением проводов, вентилей и сопротивлением источника, энергетические показатели таких систем заряда (С3) имеют сравнительно низкие значения (см., например, Электричество, N 11, 1984, 61-64 с. А.Г.Николаев. Определение и совершенствование энергетических показателей систем заряда аккумуляторов) и для улучшения показателей приходится батареи секционировать, что усложняет схему С3.

Более совершенные энергетические показатели обеспечивают С3 с реактивными ограничителями тока, выполненным в виде дросселя, включенного по схеме фиг. 7 на выходе выпрямителя [III и IV], однако переменную составляющую в этой С3 формируют инвертором, усложняющим схему зарядного устройства.

Известен также способ формирования АПТ для заряда АБ от ИТПН, для формирования постоянной составляющей в котором используется ток всех трех фаз [V] . В этом способе фазовые обмотки ИТПН, преимущественно вторичные обмотки трансформатора, соединяют в последовательную цепочку так (схема на фиг. 8), что две обмотки включены согласно и встречно по отношению к третьей. Поэтому в устройстве (системе), реализующем данный способ, напряжение на цепочке из обмоток, равное двойному фазному напряжению источника /работающему в однофазном режиме/, подключенное к входной диагонали выпрямителя-утроителя напряжения, изменяется на выходе этого моста в диапазоне (4±2) амплитудного значения фазового напряжения /другими словами, в интервале от двойного до шестикратного. Так как переменная составляющая АПТ, приходящая через зарядно-разрядные конденсаторы, имеет практически синусоидальный (косинусоидальный) характер, наложение на нее постоянной составляющей в виде униполярных импульсов обеспечивает формирование АПТ с формой, принятой за оптимальную (см., например, А.Е.Зорхович и др. Устройства для заряда и разряда аккумуляторных батарей. М., Энергия, 1975, рис.7-3), то есть амплитуда (под)зарядного (прямого) импульса тока должна быть больше амплитуды (под)разрядного импульса.

В специальной литературе (В.В.Романов и Ю.М.Хашев. Химические источники тока. М. Сов. радио, 1968, 338 с., рис.171), относительная длительность прямого импульса в 10-30 раз больше длительности обратного - (под)разрядного импульса. Там же отмечается, что соотношение абсолютных величин зарядного и разрядного импульсов тока является несущественным, однако емкость АБ при заряде АТП превышает на 15% и более по сравнению с зарядом постоянным током. Батарея, подключенная к этой системе по фиг. 8, может быть заряжена до напряжения, вдвое превышающего амплитуду фазового, а постоянная составляющая напряжения не превышает 33,4% выходного напряжения системы.

Недостатком данного способа и систем, его реализующих, является работа ИТПН в однофазном режиме, сравнительно большая неравномерность отбора энергии от ИТПН, невысокое относительное значение напряжения постоянной составляющей АПТ, не превышающего, как отмечено выше, 33,4% выходного напряжения и соответственно большое значение переменной составляющей напряжения, достигающей 66,6%.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является способ формирования асимметричного тока для питания нагрузки с противоЭДС, например, при заряде аккумуляторов от источника трехфазного переменного напряжения, при котором суммируют переменную составляющую с постоянной составляющей, полученной суммированием энергии, накопленной в двух тактах преобразования, причем в первом такте накопление указанной энергии производят с использованием одного линейного напряжения, во втором такте - с использованием другого линейного напряжения этого же источника, а в третьем такте суммируют энергию, накопленную в первых двух тактах [VI].

В этом способе постоянную составляющую АПТ создают за счет непосредственного выпрямления двойного фазового напряжения ИТПН, а также суммированием энергии, запасаемой в трех тактах выпрямления - преобразования энергии двух линейных напряжений трехфазного источника. В первом такте под действием напряжения одной линии часть энергии выпрямленного тока накапливается в заряжаемой АБ, а другая часть энергии запасается в емкостном накопителе. Во втором такте под действием другого линейного напряжения часть энергии также запасается в АБ, а другая часть накапливается во втором емкостном накопителе. И наконец в третьем такте под действием двойного фазового напряжения источника производится суммирование энергии (запасенной емкостными накопителями в первых двух тактах) с энергией источника и передача ее в заряжаемую АБ.

Недостатком этого способа является формирование переменной составляющей АПТ на удвоенном значении фазового напряжения ИТПН, что приводит к увеличению переменной составляющей формируемого тока.

Наиболее близким к данному устройству по его технической сущности служит система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащая положительную и отрицательную выходные клеммы для подключения заряжаемой аккумуляторной батареи и вентильно-конденсаторный выпрямитель-формирователь асимметричного тока источника трехфазного переменного тока, две обмотки которого соединены согласно-последовательно и встречно по отношению третьей, образованный двумя вентилями, например диодами и двумя конденсаторами, в котором анод одного вентиля и одна обкладка одного конденсатора создают отрицательную выходную клемму, другая обкладка этого конденсатора подключена к точке соединения двух концевых выводов первой и второй обмоток источника трехфазного переменного тока, а катод другого вентиля через другой конденсатор подключен к началу третьей обмотки источника трехфазного переменного тока [VI].

В этом устройстве (фиг.9 и 10) обмотки трехфазного источника нагружаются в течение всего периода каждая по два раза и неравномерность отбора энергии уменьшается. Выпрямитель-формирователь (ВФ) асимметричного тока в простейшем виде (как показано на схеме фиг. 10), имея 2 вентиля и 2 конденсатора, обеспечивает формирование АПТ с выходным напряжением, изменяющемся в диапазоне от амплитуды фазового напряжения ИТПН, так как суммирование энергии в третьем такте формирования и проведения в нагрузку постоянной составляющей асимметричного тока производится на двойном фазовом напряжении трехфазного источника. Поэтому постоянная составляющая в выходном напряжении ВФ не превышает 27%, а 73% приходится на долю переменной составляющей. Столь большое значение переменной составляющей не только обеспечивает активную деполяризацию ЭХС, но и увеличивает нагрев заряжаемых АБ.

Целью изобретения в энергосберегающем способе формирования АПТ для питания нагрузки с противоЭДС, например при заряде АБ от ИТПН, при котором суммируют переменную составляющую с постоянной составляющей, полученной суммированием энергии, накопленной в двух тактах преобразования, причем в первом такте накопление указанной энергии производят с использованием одного, во втором такте - с использованием другого линейных напряжений ИТПН, а в третьем такте суммируют энергию, накопленную в первых двух тактах, является уменьшение переменной составляющей формируемого тока и увеличение относительного значения постоянной составляющей выходного напряжения систем формирования АПТ, то есть значения постоянной составляющей, отнесенной к максимальному значению выходного напряжения ВФ.

Для достижения технического результата в первом такте используют линейное напряжение с обмоток первой и второй фаз, во втором такте - с обмоток третьей и второй фаз 1, в третьем также суммируют энергию, накопленную в первых двух тактах, с энергией второй фазы упомянутого источника, формирование постоянной составляющей АПТ с предложенным способом, отличая заявленный способ от прототипа, уменьшая вдвое переменное напряжение источника в третьем такте, обеспечивает улучшение удельных энергетических показателей систем, реализующих этот способ.

Целью изобретения в системе заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащей положительную и отрицательную выходные клеммы для подключения заряжаемой аккумуляторной батареи и вентильно-конденсаторный выпрямитель-формирователь асимметричного тока источника трехфазного переменного рока, например трансформатор, две вторичные обмотки которого соединены согласно-последовательно и встречно до отношению третьей, образованный двумя вентилями, например диодами и двумя конденсаторами, в котором анод одного вентиля и одна обкладка первого конденсатора создают отрицательную выходную клемму, другая обкладка этого конденсатора подключена к точке соединения двух концевых выводов первой и второй обмоток источника трехфазного переменного тока, а катод другого вентиля через другой конденсатор подключен к начальному выводу третьей обмотки источника трехфазного переменного тока является улучшение ее удельных энергетических показателей путем увеличения скорости передачи энергии ИТПН (то есть зарядной мощности) в заряжаемую АБ за счет уменьшения переменной составляющей формируемого тока и соответствующего увеличения относительного значения постоянной составляющей выходного напряжения этой системы. При атом заряд аккумуляторов производят преимущественно в диапазоне от 1,8 до 2,46 амплитуды фазового напряжения трехфазного источника.

Поставленная цель достигается тем, что отрицательная выходная клемма через один конденсатор подключена к концевым выводам первой и второй обмоток ИТПН и к аноду первого вентиля непосредственно, катод которого соединен с концевым выводом третьей обмотки источника, при этом начало третьей обмотки подключено к началу второй обмотки ИТПН и точка их соединения подключена через другой конденсатор к положительной выходной клемме и к катоду другого вентиля, анод которого подключен к началу первой обмотки упомянутого источника.

Соединение последовательной цепочки из трех обмоток трехфазного источника (трансформатора) описанным образом к вентилям, ЗРК и выходным клеммам системы, отличая заявленную схему от прототипа, обеспечивает улучшение ее удельных энергетических показателей путем увеличения относительного значения постоянной составляющей выходного напряжения, в результате чего увеличивается зарядная мощность АБ (то есть скорость передачи энергии ИТПН в батарею). Отсутствие опубликованных рекомендаций по исполнению заявленной схемы соединений вентилей, ЗРК и обмоток ИТПН для достижения этого эффекта, показывая новизну взаимосвязи существенных признаков системы и положительного эффекта, обеспечивает отличия от известных аналогов и изобретательский уровень предлагаемой системы.

Принципиальная электрическая схема системы заряда АБ АПТ согласно изобретению представлена на фиг. 1, где выпрямитель-формирователь (ВФ) асимметричного тока выполнен на диодах, обмотки ИТПН соединены своими начальными и концевыми выводами непосредственно в последовательную цепочку, а на фиг. 2 - 4 изображены возможные варианты схемного исполнения этой системы.

Система заряда аккумуляторной батареи содержит положительную 1 и отрицательную 2 выходные клеммы для подключения заряжаемой батареи 3 и ВФ АПТ трехфазного источника, например трансформатора, вторичные обмотки 4, 5 и 6 которого соединены в последовательную цепочку непосредственно своими выводами. Начальные выводы (начала) обмоток отмечены на схемах точкой и как видно из схемы по фиг. 1, концевые выводы (концы) первой обмотки (4) и второй (5) соединены друг с другом, а начала (начальные выводы) второй и третьей (6) обмоток соединены друг с другом, то есть две обмотки включены (соединены) согласно-последовательно друг с другом и встречно по отношению к третьей.

Выпрямитель-формирователь АПТ в этой энергосберегающей системе образован двумя вентилями (диодами 7 и 8 по фиг. 1 и 2 или тиристорами 7 и 8 - по фиг. 3 и 4) и двумя конденсаторами 9 и 10.

Таким образом, анод вентиля 7 и одна обкладка конденсатора 9 образуют отрицательную выходную клемму 2 системы, другая обкладка конденсатора 9 подключена к точке соединения концевых выводов первой (4) и второй (5) обмоток, катод вентиля 7 подключен к концевому выводу третьей обмотки 6 источника, начало первой обмотки 4 через другой вентиль 8 подключено к положительному выходному выводу 1 системы и одной обкладке конденсатора 10, другая обкладка которого подключена к точке соединения начальных выводов второй (6) и третьей (6) обмоток упомянутого источника.

В варианте по схеме фиг. 2 обмотки 4, 5 и 6 соединены друг с другом через конденсаторы 9 и 10, что не меняет характера электромагнитных процессов в системе по сравнению со схемой на фиг. 1 - системе с диодами. В случае необходимости регулирования постоянной составляющей АПТ в качестве вентилей 7 и 8 используют тиристоры, фазовое управление которыми осуществляет блок 11 /схемы по фиг. 3 и 4/, контролирующий напряжение заряжаемой АБ 3 и источника (на фазовой обмотке 5). Схемное и конструктивное выполнение таких блоков подробно описано в технической литературе.

Формирование АПТ в этой системе (зарядном устройстве) осуществляется путем наложения переменной составляющей, непрерывно проходящей по цепи: 3-1-10-5-9-2-3 и обратно, на постоянную составляющую, протекающую по цепи: 1-3-2-9-5-10-1, если напряжение заряжаемой батареи 3 превышает удвоенное амплитудное значение фазового напряжения ИТПН, но меньше 2,464 амплитуды этого напряжения. Если напряжение батареи менее величины удвоенной амплитуды фазового напряжения, постоянная составляющая АПТ будет проходить также по цепям: 2-7-6-5-4-8-1-3-2 (так как напряжение на этой цепочке вдвое превышает напряжение фазовой обмотки) и по цепям: 2-9-4-8-1-3-2 и 2-7-6-10-1-3-2, то есть всего по 4 цепям, в трех из которых вентили 7 и 8. Подробнее это будет рассмотрено ниже.

Наличие в составе системы двух вентилей 7 и 8, имеющих нелинейную вольтамперную характеристику, приводит к нелинейному характеру процессов с периодической конфигурацией целей, производимой вентилями 7 и 8.

При рассмотрении работы С3 АБ будем считать, что сигналами блока фазового управления 11 тиристоры 7 и 8 (фиг. 3 и 4) открываются в соответствующие моменты времени и последние работают как обычные диоды 7 и 8 в схемах фиг. 1 и 2, проводя ток заряда АБ, когда мгновенное значение напряжения зарядной цепи превышает напряжение заряжаемой батареи.

Если сигналы на открытие тиристоров не подаются, они находятся в закрытом состоянии и по цепи: 3-1-10-5-9-2-3 и обратно протекает переменный ток, величина которого пропорциональна фазовому напряжению ИТПН и обратно пропорциональна сопротивлению конденсаторов 9 и 10 на частоте этого источника.

Если принять, что АБ 2 отключена, то в данной С3 будет производиться заряд ЗРК 9 и 10. В связи с тем, что напряжения на фазовых обмотках ИТПН (вторичных обмотках трансформатора 4, 5 и 6), соединенных в последовательную цепочку непосредственно по схеме фиг. 1 или через конденсаторы 9 и 10 по схеме фиг. 2, сдвинуты на 120 эл.градусов относительно друг друга, а концы первой (4) и второй (5) обмоток соединены друг с другом непосредственно или через конденсатор 9, причем начала второй (5) и третьей (6) обмоток также соединены друг с другом непосредственно (схема по фиг. 1) или через другой конденсатор 10 (схема по фиг. 2), конденсатор 9 в схеме по фиг. 1 через диод 7 заряжается напряжением линии 6 - 5 по цепи: 5-9-7-6-5 или по цепи: 5-9-4-7-5 в схеме по фиг. 2. Этот конденсатор может быть заряжен до амплитуды линейного напряжения источника, которая в раз превышает амплитуду фазового напряжения этого ИТПН.

Аналогичным образом конденсатор 10 по цепи: 5-4-8-10-5 в схеме по фиг. 1 или по цепи: 5-8-6-4-5 в схеме по фиг. 2 также заряжается до амплитуды линейного напряжения 4-5 ИТПН. Из-за фазового сдвига напряжений на этих обмотках конденсаторы 9 и 10 заряжаются со сдвигом во времени, соответствующим фазовому углу в 60 эл. град. Вентили 7 и 8, проводящие ток заряда этих конденсаторов, по окончании заряда предотвращают разряд последних на фазовые обмотки.

Заряд конденсаторов 9 и 10 завершается в моменты времени, когда напряжения линий 5-6 и 4-5 достигают своих амплитудных значений. Конденсаторы оказываются заряженными до амплитуды линейного напряжения так, что на верхних по схемам фиг. 1-4 выводах (обкладках) будет положительной, а на нижних - отрицательный заряд (потенциал).

Напряжения этих конденсаторов, суммируясь с фазовыми напряжениями обмоток 4 и 6 соответственно, обеспечивают зарядные напряжения, в 1,78 раза превышающие амплитуду фазового напряжения источника. Под действием этих напряжений протекают импульсы тока по цепям: 2-9-4-8-1-3-2 и 2-7-6-10-1-3-2 соответственно. Эти импульсы тока, входящие в постоянную составляющую АПТ, сдвинуты во времени по крайней мере на 120 эл. град. и, что следует отметить специально, каждый из этих импульсов формируется всеми тремя фазовыми обмотками: заряд двумя обмотками, образующими одну линию, а затем разряд - третьей фазовой обмоткой. Это уменьшает (по сравнению с прототипом) несимметрию фазовых токов трехфазного источника при формировании постоянной составляющей АПТ. Здесь же отметим, что если напряжение заряжаемой батареи меньше амплитуды фазового напряжения, батарея заряжается по цепям: 2-9-4-8-1-3-2 и 2-7-6-10-1-3-2, при этом заряде АБ в этих импульсах (входящих в состав постоянной составляющей АПТ) ограничен емкостным сопротивлением конденсаторов 9 и 10 соответственно, а конденсаторы 9(10) заряжаются так, что на нижних по схемам фиг. 1-4 выводах (обкладках) будет положительный, а на верхних - отрицательный потенциал (заряд). В последующем эти конденсаторы перезаряжаются под действием линейных напряжений 4-5 и 5-6 и полярность напряжения на их выводах изменяется на противоположную.

В случае, когда АБ 3 подключена к клеммам 1 и 2, через эту батарею протекает переменный ток подзаряда-подразряда (пропорциональный фазовому напряжению обмотки 5 источника), на который накладывается постоянная составляющая в виде суммы рассмотренных униполярных импульсов тока, в результате чего и формируется АПТ.

Зарядно-разрядные конденсаторы 9 и 10, если на обмотках 4, 5 и 6 отсутствует переменное напряжение источника, заряжаются непосредственно от батареи 3 (каждый до напряжения, равного половине напряжения этой батареи) через обмотку 5, причем на верхних по схеме обкладках конденсатора будет положительная, а в нижних - отрицательная полярность. Вентили 7 и 8 при этом будут находиться в запертом состоянии, так как к их катодам приложено положительное напряжение батареи (конденсаторов).

Следовательно, если первая (4), вторая (5) и третья (6) фазовые обмотки трехфазного источника находятся под напряжением, то при прямом порядке чередования фаз напряжение обмотки второй фазы отстает на 120 эл. град. от напряжения обмотки первой фазы и на 120 эл. град. опережает напряжение третьей фазовой обмотки и они образуют трехлучевую звезду напряжений. Линейные напряжения 4-5; 6-4 и 5-6 (как и 5-4; 6-5 и 4-6) образуют треугольники напряжений, при этом линейное напряжение 4-5 опережает на 30 эл. град. первое фазовое напряжение (обмотки 4), а линейное напряжение 6-5 отстает на 30 эл. град. от третьего фазового напряжения (обмотки 6), то есть на 60 эл. град. опережает линейное напряжение 4-5.

Наличие в системе заряда двух вентилей 7 и 8, имеющих существенно нелинейную вольтамперную характеристику, и параметрическая зависимость изменения напряжения на электродах этих вентилей от изменяющихся фазовых (и соответственно линейных) напряжений трехфазного источника и величины противоЭДС на выходе выпрямителя-формирователя АПТ, в котором вентили многократно за период производят реконфигурацию рассматриваемых электрических цепей и, как отмечено выше, приводит к нелинейному характеру электромагнитных процессов в этой системе. Напряжение на выходе ВФ изменяется в диапазоне 2 ± 1 ≈ 2,464 - 4,464 от амплитуды фазового напряжения ИТПН, то есть аккумуляторы могут быть заряжены до напряжения, в 2,464 раза превышающего амплитуду фазового напряжения источника. Здесь на долю переменной составляющей напряжения приходится примерно 44,5% а постоянная составляющая достигает 55,5%.

Несмотря на существенно нелинейный характер процессов в рассматриваемой системе с многократной (за каждый период изменения тока/напряжения источника) реконфигурацией цепей формирования постоянной составляющей АПТ, данная система в режиме короткого замыкания выхода ВФ находится практически в линейном режиме, поэтому целесообразно рассмотреть этот режим (который не является рабочим).

В целях упрощения рассуждений за начало отсчета времени можно, например, принять момент времени, когда фазовое напряжение первой фазы (обмотка 4) равно нулю и в последующие моменты времени возрастает по закону синуса. Как отмечалось ранее, по контуру 2-9-4-8-1-2 потечет ток, ограничиваемый сопротивлением конденсатора 9, а через выходные клеммы ВФ пойдет импульс тока, образующий постоянную составляющую АПТ. Такой ток проходит лишь при условии, если напряжение ХИТ 3 не превосходит амплитудного значения фазового напряжения ИТПН. Этот импульс завершится в момент времени, когда фазовое напряжение станет максимальным.

Через 30 эл. град. от выбранного начала отсчета линейное напряжение 4-5 через тот же открытый вентиль 8 начнет заряжать конденсатор 10, который завершит свой заряд в момент достижения напряжением амплитудного значения. Спустя еще 30 эл.град., то есть спустя 60 эл. град. от выбранного начала отсчета полное напряжение всех трех фазовых обмоток (равное разности линейного напряжения 4-5 и фазового напряжения обмотки 6), вдвое превышающее фазовое напряжение ИТПН (и находящееся в противофазе с фазным напряжением обмотки 5, то есть опережающее на 60 эл.град. напряжение обмотки 4 и отстающее на 60 эл. град. от напряжения обмотки 6, а посему образующее так называемую "елку" с напряжениями на этих обмотках 6 и 4) начинается импульс тока в контуре 2-7-6-5-4-8-1-2, длительность которого не превосходит 180 эл. град.

Так как через 90 эл. град. от выбранного начала отсчета через диод 7 напряжением 6-5 начинается заряд конденсатора 9 и этот процесс завершится в момент достижения напряжением 6-5 амплитудного значения, процесс заряда конденсатора завершится спустя 180 эл. град. от начала отсчета.

В связи с тем, что спустя 60 эл. град. от начала отсчета фазовое напряжение обмотки 5, пройдя максимальное - амплитудное значение (когда оно положительно на нижнем по схемам фиг. 1-4 выводе и имеет отрицательный знак на верхнем выводе, т.е. в обратной полярности по отношению к полярности на обкладках конденсаторов 10 и 9) и начинает убывать по абсолютной величине, под действием суммарного возрастающего напряжения обоих конденсаторов и обмотки 5 потечет ток в цепи 2-9-5-10-1-2, также входящий в состав постоянной составляющей АПТ. Через 90 эл.град. напряжение этой обмотки станет равным нулю, а затем вновь начнет увеличиваться по абсолютной величине и спустя еще 90 эл. град. достигнет своего амплитудного значения, после чего, убывая по абсолютной величине вызовет прохождение тока в цепи 1-10-5-9-2-1, то есть "обратного" импульса тока по отношению к постоянной составляющей, формирующей рассмотренным образом (под)зарядный импульс "прямого" тока. Конденсаторы 9 и 10 в данном режиме полностью перезаряжаются дважды за период (со сдвигом во времени) и формирование постоянной составляющей на выходе замкнутого ВФ не превышает угловой длительности в 300 эл. град., а "обратного" тока - 60 эл. град., то есть относительная длительность прямого тока в 5 раз превышает длительность обратного.

В случае работы системы на заряд АБ, когда напряжение батареи "подпирает" вентили, а батарея "набирает" емкость (т.е. заряжается), необходимо интенсифицировать процессы деполяризации. Это обеспечивается автоматически за счет увеличения угловой длительности импульсов обратного тока при одновременном сокращении длительности импульсов прямого тока, а при рациональном выборе величины зарядного напряжения АБ (то есть порядка 1,8 - 2,46 от амплитуды фазового напряжения источника) передача энергии в АБ осуществляется с минимальными потерями в системе.

При работе системы на нагрузку, когда к выходу ВФ подключена противоЭДС, процессы существенно усложняются, так как вентили 7 и 8, "подпираемые" противоЭДС в различные временные интервалы, приводят к укорачиванию импульсов прямого тока и в зависимости от соотношения напряжения ИТПН и относительной величины противоЭДС существенно меняют картину процессов. Так, если напряжение заряжаемой АБ не превышает 2,46 амплитуды фазового, постоянную составляющую АПТ создают за счет непосредственного выпрямления двойного фазового напряжения ИТПН, а также суммированием энергии, запасаемой в трех тактах выпрямления - преобразования энергии двух линейных напряжений трехфазного источника.

В первом такте под действием напряжения одной линии часть энергии выпрямленного тока накапливается в заряжаемой батарее, а другая часть энергии запасается в емкостном накопителе. Во втором такте под действием другого линейного напряжения часть энергии также одна накапливается в батарее, а вторая часть - в другом емкостном накопителе, и, наконец, в третьем такте - суммируют энергию, накопленную в обоих емкостных накопителях (в первом и во втором тактах), и за счет использования всего лишь одного фазового напряжения ИТПН передают эту энергию в заряжаемую АБ.

Такая передача энергии в АБ повышает скорость передачи энергии источника (то есть зарядную мощность системы) при одновременном уменьшении переменной составляющей формируемого тока.

Система по схеме фиг. 2 работает аналогично рассмотренной. В случае замены диодов 7 и 8 тиристорами (как показано на схемах фиг. 3 и 4), изменяя угол открытия последних (блоком II) легко регулировать ток заряда АБ, а если необходимо прерывать заряд АБ.

Рассмотренная энергосберегающая система заряда, выпрямитель-формирователь АПТ в которой формирует выходное напряжение, изменяющееся в диапазоне 2 ± 1, то есть 2,46 - 4,464 имеет постоянную составляющую, превышающую 55% (почти вдвое больше, чем в прототипе).

Испытания макета устройства, реализованного по схеме фиг. 1, проведенные в лаборатории электроснабжения, подтвердили реальность заряда АБ до напряжения, в 2,464 раза превышающего фазное напряжение источника при реализации заявленного способа формирования АПТ и системы для его реализации.

Таким образом, если при формировании АПТ от ИТПН, при котором суммируют переменную составляющую с постоянной, полученной суммированием энергии, накопленной в двух тактах преобразования, когда в первом такте накопление энергии производят с использованием одного линейного напряжения трехфазного источника во втором такте - с использованием другого линейного напряжения, а в третьем такте суммируют энергию, накопленную в первых двух тактах с использованием фазового напряжения этого источника, переменная составляющая этого АПТ существенно уменьшается, что позволяет сократить потери энергии в системах, реализующих этот способ.

Следовательно, если в системе заряда АБ АПТ, содержащей положительную и отрицательную выходные клеммы для подключения батареи и вентильно-конденсаторный ВФ АПТ ИТПН, две обметки которого соединены согласно-последовательно и встречно по отношению к третьей, образованный двумя вентилями и двумя конденсаторами, в котором анод одного вентиля и одна обкладка одного конденсатора создают отрицательную выходную клемму, другая обкладка этого конденсатора подключена к точке соединения двух концевых выводов первой и второй обмоток ИТПН, а катод другого вентиля через другой конденсатор подключен к начальному выводу третьей обмотки источника, а положительная выходная клемма подключена к катоду другого вентиля, анод которого соединен с начальным выводом первой обмотки и катод первого вентиля - к концевому выводу третьей обмотки упомянутого источника, скорость передачи энергии этого источника в заряжаемую АБ увеличивается, в результате чего улучшаются удельные энергетические показатели системы заряда.

Источники информации:
1. Авт. свид. СССР N 411552, H 02 7/10, 1974.

2. Авт. свид. СССР N 387482, H 02 7/02, 1973.

3. Авт. свид. СССР N 463176, H 02 7/10, 1975.

4. Авт. свид. СССР N 564387, H 02 7/10, 1977.

5. Авт. свид. СССР N 577609, H 02 7/10, 1977.

6. Авт. свид. СССР N 892578, H 02 7/02, 1980.

Изобретение относится к области электротехники и касается способа импульсного заряда аккумуляторных батарей (АБ) асимметричным переменным током (АПТ) от источника трехфазного переменного тока (ИТПТ) и энергосберегающей системы заряда (СЗ) АБ. Сущность изобретения: способ предусматривает формирование АПТ суммированием переменной и постоянной составляющих, при котором отбор энергии от ИТПТ, ее накопление и передачу в АБ производят в 3 такта, с использованием линейного напряжения в одном, линейного - в другом и фазового - в третьем тактах. Устройство формирует АПТ с помощью двух зарядно-разрядных конденсаторов (ЗРК) и двух вентилей (В), при этом каждый ЗРК запасает энергию подразряда АБ, затем подзаряжается до амплитуды линейного напряжения ИТПТ, а суммирование энергии этих ЗРК осуществляется за счет энергии источника в третьем такте - на фазовом напряжении ИТПТ - путем реконфигурации зарядно-разрядных цепей, осуществляемой вентилями СЗ. Техническим результатом является уменьшение переменной составляющей формируемого тока и увеличение относительного значения постоянной составляющей. 2 с.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ формирования асимметричного тока для питания нагрузки с противоЭДС, например, при заряде аккумуляторов от источника трехфазного переменного напряжения, при котором суммируют переменную составляющую с постоянной составляющей, полученной суммированием энергии, накопленной в двух тактах преобразования, причем в первом такте накопление указанной энергии производят с использованием одного линейного напряжения трехфазного источника, во втором такте - с использованием другого линейного напряжения этого же источника, а в третьем такте суммируют энергию, накопленную в первых двух тактах, отличающийся тем, что в первом такте используют линейное напряжение с обмоток первой и второй фаз, во втором такте - с обмоток третьей и второй фаз, а в третьем такте суммируют энергию, накопленную в первых двух тактах, с энергией второй фазы упомянутого источника. 2. Система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащая положительную и отрицательную выходные клеммы для подключения заряжаемой аккумуляторной батареи и вентильно-конденсаторный выпрямитель-формирователь асимметричного тока источника трехфазного переменного тока, концевые выводы первой и второй обмоток которого соединены друг с другом, а начальный вывод второй обмотки соединен с началом третьей, при этом конденсаторный выпрямитель-формирователь образован двумя вентилями, например диодами, и двумя конденсаторами, в котором анод первого вентиля и одна обкладка первого конденсатора создают отрицательную выходную клемму, а другая обкладка этого конденсатора подключена к точке соединения концевых выводов первой и второй обмоток источника, а катод второго вентиля через второй конденсатор подключен к начальному выводу третьей обмотки этого источника, отличающаяся тем, что положительная выходная клемма подключена к катоду второго вентиля, анод которого соединен с начальным выводом первой обмотки, а катод первого вентиля - к концевому выводу третьей обмотки упомянутого источника.