Тиристорный выпрямитель для заряда-разряда аккумуляторной батареи Российский патент 2018 года по МПК H02J7/10 H02M7/75 

Данное изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для заряда и разряда аккумуляторных батарей с рекуперацией энергии разряда в питающую сеть переменного тока.

Известны зарядно-разрядные выпрямители [1], содержащие защитно-коммутационную аппаратуру 1 в питающей цепи переменного тока, трансформатор 2, трехфазный тиристорный выпрямительный мост 3, переключатель полярности 4, блок САУ 5, предохранитель 6 и сглаживающий реактор 7 в цепи постоянного тока выпрямительного моста 3.

В режиме заряда АБ подключается переключателем полярности 4 к выходу тиристорного моста прямой полярностью, а в режиме разряда - обратной полярностью. Функциональная схема выпрямителя приведена на Фиг. 1.

При работе выпрямителя в режиме разряда с рекуперацией энергии разряда в питающую сеть выпрямительный мост 3 работает в режиме инвертора тока ведомого сетью. Коммутация тиристоров обеспечивается за счет питающего напряжения на входе тиристорного моста 3, а регулирование тока разряда осуществляется за счет изменения момента подачи импульсов управления из блока САУ 5 на тиристоры выпрямительного моста 3.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является зарядно-разрядный выпрямитель без переключателя полярности, который снабжен вторым выпрямительным тиристорным мостом 8, подключенным встречно-параллельно к первому тиристорному мосту 3. Функциональная схема выпрямителя с двумя тиристорными мостами приведена на рис. 2. При заряде АБ работает тиристорный мост 3, а при разряде АБ работает тиристорный мост 8 в режиме ведомого сетью инвертора тока, обеспечивая рекуперацию энергии разряда АБ в питающую сеть.

В случае пропадания питающего напряжения на входе тиристорного моста, работающего в инверторном режиме, происходит срыв коммутации тиристоров, развивается аварийной ток разряда АБ через оставшиеся открытыми тиристоры и вторичную обмотку трансформатора 2. При этом перегорает предохранитель (6) и разрывает аварийный ток. За время перегорания предохранителя аварийный ток достигает значений, при которых могут выйти из строя тиристоры выпрямительного моста 3. При этом прерывается процесс разряда АБ.

Недостатком данных выпрямителей является перегорание предохранителя и выход из строя тиристоров в случае пропадания напряжения питающей сети при работе выпрямителя в режиме разряда АБ с рекуперацией энергии разряда в питающую сеть, прерывание процесса разряда АБ при кратковременных пропаданиях напряжения питающей сети.

Для исключения выхода из строя тиристоров выпрямительного моста и перегорания предохранителя в цепи АБ в случае пропадании напряжения питающей сети при работе выпрямителя в режиме разряда АБ с рекуперацией энергии разряда в питающую сеть предлагается снабдить выпрямитель дополнительно блоком защиты 11, выполненным на основе IGBT-транзисторного модуля 13, ограничителя перенапряжений 12 и платы управления 14, датчиком выходного тока 10, датчиком питающего напряжения 9 на входе тиристорного моста 3, а также связью для передачи сигнала из платы управления 14 в блок САУ 5, причем:

эмиттерный вывод транзисторного модуля 13 подключен через предохранитель 6 к катодной группе тиристорного моста 3, а коллекторный вывод транзисторного модуля 12 - к плюсовому выходному выводу выпрямителя, вход датчика питающего напряжения 9 подключен к входным выводам выпрямительных мостов 3 и 8, а выход - к входу платы управления 14, измерительный выход датчика выходного тока 10 подключен к второму входу платы управления 14, первый выход платы управления 14 подключен к затвору транзистора IGBT-модуля 13, а ее второй выход - к входу блока САУ 5. Функциональная схема выпрямителя с блоком защиты приведена на Фиг. 3.

Работа выпрямителя в режиме заряда АБ.

Напряжение питания А, В, С через защитно-коммутационную аппаратуру 1 поступает на первичную обмотку силового трансформатора 2, а с его вторичной обмотки напряжение поступает на вход тиристорных мостов 3 и 8. С вывода катодной группы тиристорного моста 3 ток протекает через предохранитель 6, диод IGBT-модуля 13, АБ, сглаживающий реактор 7 на вывод анодной группы тиристорного моста 3. Блок САУ 5 управляет работой выпрямителя путем формирования импульсов управления тиристорами выпрямительного моста 3 для обеспечения заданных параметров режима заряда АБ.

Работа выпрямителя в режиме разряда АБ.

Напряжение питания А, В, С через защитно-коммутационную аппаратуру 1 поступает на первичную обмотку силового трансформатора 2, а с его вторичной обмотки напряжение поступает на вход тиристорных мостов 3 и 8. Блок САУ 5 выдает сигнал на плату управления 14 о работе в режиме разряд. При наличии сигнала от датчика питающего напряжения 9 плата управления 14 выдает положительное напряжение на затвор транзистора IGBT-модуля 13. Транзистор IGBT-модуля 13 открывается. Блок САУ начинает формировать импульсы управления тиристорами моста 8, обеспечивает инверторный режим работы выпрямительного моста 8 и стабилизирует заданный ток разряда АБ.

В случае пропадания напряжения на входе тиристорных мостов 3 и 8 сигнал от датчика питающего напряжения 9 пропадает, плата управления 14 выдает запирающее напряжение на затвор транзистора IGBT-модуля 13 и одновременно сигнал в блок САУ 5, который прекращает подачу импульсов управления на тиристоры. Транзистор IGBT-модуля 13 закрывается и прекращает ток АБ в начальный момент развития аварийного процесса. Ограничитель перенапряжений 12 ограничивает возникающее импульсное напряжение на транзисторе IGBT-модуля 13 на допустимом уровне после его закрывания. При этом исключается выход из строя силовых элементов выпрямителя.

Аналогично прекращается ток разряда АБ и прекращается подача импульсов управления на тиристоры в случае, если измерительный сигнал на выходе датчика тока 10 превысит допустимое значение.

После появления напряжения питающей сети появляется сигнал на выходе датчика питающего напряжения 9. Плата управления 14 выдает положительное напряжение на затвор транзистора IGBT-модуля 13, он открывается. Одновременно плата управления 14 выдает сигнал в блок САУ 5. Блок САУ 5 начинает формировать импульсы управления тиристорами моста 8. Мост 8 начинает работать в режиме ведомого сетью инвертора тока, процесс разряда АБ продолжается.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить надежность работы зарядно-разрядного выпрямителя, исключить выход из строя силовых элементов выпрямителя и не прерывать процесс разряда АБ с рекуперацией энергии разряда в питающую сеть при кратковременных провалах напряжения питающей сети.

Список литературы

1. https \\ промкаталог.рф Фонд промышленных каталогов. Выпрямители для формирования и кондиционирования.

Данное изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для заряда и разряда аккумуляторных батарей с рекуперацией энергии разряда в питающую сеть переменного тока. Технический результат – повышение надежности работы зарядно-разрядного выпрямителя, исключить выход из строя силовых элементов выпрямителя и не прерывать процесс разряда АБ с рекуперацией энергии разряда в питающую сеть при кратковременных провалах напряжения питающей сети. Работа выпрямителя в режиме заряда АБ. Напряжение питания А, В, С через защитно-коммутационную аппаратуру (1) поступает на первичную обмотку силового трансформатора (2), а с его вторичной обмотки напряжение поступает на вход тиристорных мостов (3) и (8). С вывода катодной группы тиристорного моста (3) ток протекает через предохранитель (6), диод IGBT-модуля (13), АБ, сглаживающий реактор (7) на вывод анодной группы тиристорного моста (3). Блок САУ (5) управляет работой выпрямителя путем формирования импульсов управления тиристорами выпрямительного моста (3) для обеспечения заданных параметров режима заряда АБ. 3 ил.

Тиристорный выпрямитель для заряда-разряда аккумуляторной батареи, содержащий защитно-коммутационную аппаратуру, трансформатор, два встречно-параллельно включенные зарядный и разрядный трехфазные тиристорные выпрямительные мосты, блок САУ, предохранитель и сглаживающий реактор в цепи постоянного тока выпрямительных мостов, отличающийся тем, что с целью повышения надежности работы выпрямителя путем исключения выхода из строя силовых элементов выпрямителя и обеспечения непрерывности процесса разряда АБ с рекуперацией энергии разряда в питающую сеть при кратковременных пропаданиях напряжения питающей сети в выпрямитель дополнительно введены блок защиты, выполненный на основе IGBT-транзисторного модуля, ограничителя перенапряжений и платы управления, датчик выходного тока, датчик питающего напряжения, эмиттерный вывод транзисторного модуля подключен через предохранитель к катодной группе зарядного тиристорного моста, коллекторный вывод транзисторного модуля - к плюсовому выходному выводу выпрямителя, вход датчика питающего напряжения подключен к входным выводам зарядного и разрядного выпрямительных мостов, а выход - к входу платы управления, измерительный выход датчика тока подключен к второму входу платы управления, первый выход платы управления подключен к затвору транзистора IGBT-модуля, а ее второй выход - к входу блока САУ.