Система электропитания на два уровня напряжения Советский патент 1983 года по МПК H02J7/34 

(54) СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ НА ДВА УРОВНЯ НАПРЯЖЕНИЯ

1 -: ;

Изобретение относится к электротехнике, в частности к производству и потреблению электроэнергии, и может примен$ппься для питания-систем электро- обор(удования автомобилей, тракторов .и других транспортных средств.

На соврем еяйыхгрузогаых автомобилях необходимо для увеличения мощности некоторых потребителей выполнять нх на более высокое напряжение (24В или 48В). Однако имеется большая группа эликтропотребителей, которую целесооб- разно оставлять на более низком напряжении (12В),

Указанным противо|речивь1М требованиям удовлетворяют системы электропитания на два уровня напряжения (12 и 24 В, 12 и 48 В и т,д,), В таких «ристемах при неработающем двигателе внутреннего сгорания или при работе на ма+ лой частоте потребители могут питаться от аккумуляторных батарей.

Известна система электрооборудования на два уровня напряжения, содержа щая генератор переменного тока с двумя многофазными якорными ой лотками.

Генератор таиеет две обмотки якор работающие каждая со свЬим выпряо ите- лем, включенными последовательно, и одну общую обмотку возбуждения. Общный регулятор напряжения реагирует i на, суммарное напряжение 24В. Кажйый выпрям гтель работает на свою нагрузку и оба вшрямителя на общую нагрузку. При равенстве чисйа витков в обоих комплектах обмоток такие системы могут работать с одним регулятором напряжения. Последнее упрощает и удещевляет систему электропитания. Особенностью схемы является наличие специального контура, следящего за степенью заряженности каждой из батарей. Для этого средняя точка вьшряУителей через замьшающие контазипм сое2Q динена со средней точкой нагрузок, а средняя точкааккумуляторных батарей через размыкающих контакты - со -средней точкой этих нагрузок. Управление электромагнитным реле выполнено на

транзис1х рах и стабилитронах. Применени такой системы целесообразно, если мощность по низшему уровню значительно больше мощности по высшему уровню, В приведенной схеме целесообразно, значения величин нагрузок были близкими а одна из них должна выполняться двухпроводной 11J .

Недостатками изво-стной системы являются наличие дополнительного специального устройства (большого количества полупроводниковых элементов) и необходимосгь вьшолнения части потребителей в двухпроводном исполнении.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является система электропитания на два уровня напряжения содержащая генератор с двумя комплектами обмоток якоря, работающими каждый со своим вьшрямителем. При этом оба вьшрямителя включены последовательно. Система имеет одну общую обмотку возбуждения. Один вьшрямитель питает 12В нагрузку и одну аккумуляторную батарею, а оба вьшрямителя вместе 24 В нагрузку и две последовательно включенные батареи. Обычный регулятор напряжения реагирует на напряжение 12 В. В системе необходимый режим заряда «К1су 1уляторных батарей при одном регуляторе напряжения достигается за счет соответствующего вьшолнения обмоток якоря генератора (бифилярная намотка-компенсация реактивных составляющих напряжения и соответствующий выбор активного сопротивления обмо-. ток) 2 .

Недостатком данной системы является необходимость специального вьшолнения обмоток, что усложняет систему в целом и снижает ее надежность.

Цель изобретения - повышение надежности системы путем обеспечения необходимого зарядного режима аккумуляторным батареям в схеме электропитания на два уровня напряжения без применени спеииальшлх регулирующих зарядных устройств и вьшолнения специальных сложных обмоток в генераторе, что одновременно упрощает систему i электропитания в целом.

Указанная цель Достигается тем, что в системе электропитания на два уровня напрял ения, содержащей синхронный генератор с двумя статорными обмотками, подключенными к двум выпрямителям, и общей обмоткой возбуждения, подк-пюченной к регулятору напряжения, две аккумуляторные батареи, соединенные

последовательно, и две нагрузки на разные уровни напряжения, причем нагрузка низшего уровня подсоединена к средней точке соединения двух батарей и минусу батареи и выпрямителя, а высшего УР01ШЯ присоединена к плюсу и минусу последовательно соединенных батарей, статорные обмотки вьшолнены на разные напряжения и подключены каждая через свой вьшрямитель к нагрузкам и аккумуляторным батареям разного уровня, причем отрицательные выводы вьшрямителей аккумуляторных батарей и нагрузок соединены между собой.

При этом для исключения разряда аккумуляторной батареи высшего уровня напряжения на последовательно соединенные нагрузку низшего уровня и нагрузку высшего, уровня между плюсовым и минусовым зажимами аккумуляторньк батарей включено реле, замыкающие контакты которого включены между средней точкой аккумуляторных батарей и нагрузкой низшего уровня.

В предлагаемой системе оба комплекта обмоток якоря выбирают исходя из требуемого для данного автомобиля баланса энергии аккумуляторных батарей как по верхнему, так и по нижнему уровню напряжения.

На чертеже изображена предлагаемая система электропитания.

Система состоит из генератора 1 переменного тока, который имеет два комплекта 2 и 3 многофазных обмоток якоря: один комплект 3 на низший уровень напряжения, работающий со своим вьшрямителем 4 на нагрузку 5 нижнего уровня и аккумуляторную батарею 6, и второй комплект 2 обмоток на высший уровень напряжения, работающий со своим выпрямителем 7 на нагрузку 8 высшего уровня, и две последовательно соединенные аккумуляторные батареи 6 и 9.

Обмотка 10 возбужде1гая подключена через регулятор 11 напряжения на напряжение высшего уровня - точки 12-13 (или напряжение низшего уровня - точки, 14-13). Заряд аккумуляторных батарей 6 и 9 обеспечивается соответствующим выбором обмоточных данных генератора.

В системе электропитания осуществляется автоматическое поддержание напряжения науровень номинального и автоматическое перераспределение нагрузок указанным ниже образом. Допустим нагрузка по низшему уровню напряжения максимальна (Rj минимальна), а по высшему уровню Rg s-o . Ток тмхзбужде- ния генератора | g определяется режимом холостого хода генера юра высшего уровня. Вьшрямлешюе напряжение по низшему уровню (J д. падает, батарея 6 разряжается, падает напряжение аккумуляторны батарей высшего уровня напряжения . Аб° Уменьшение ид5 повлечет увеличение зарядного тока второго уровня ( а следовательно, увеличится ток возбуждения 1 и возрастет напряжение низшего уровня U, , т.е. генератор начнет отдавать больший ток по низшему уровню напряжения. Допустим что по низшему уровню оо, а по вые- шему Rg минимально, т.е. высший уровень напряжения максимально нагружен. Следовательно, ток возбуждения Ig максимален На низшем уровне растет U(3 а следовательно, ток заряда по низшему уровню ( ) возрастает, напряжение бата- реи 6 растет (/д U UQ , падает заря ный ток по верхнему уровню, а следовательно, падает ток возбуждения и генератор начш1ает отдавать меньший ток по низшему уровню. Таким образом, в предлагаемой схеме отпадает как необходимость применения специального полупроводникового i устройства для обеспечения заря.гха аккумуляторных батарей, так и необходимость вьшолнения бифилярных обмоток. Для предотвращения возможности разря да аккумуляторной 9 на сопротив ление нагрузки низшего уровня (через включенную нагрузку 8 высшего уровня напряжения) при отключенном выключател батареи (ВМ) между плюсом верхнего у хэвня напряжения и минусом включено реле, /замыкающие контакты 15 которого установлены между средней точкой аккумулятор11ых батарей и нагрузкой низшего уровня. Таким образом, предлагаемая схема по сравнению с известной упрощает изготовление обмоток статора (не требуется вьшолнять обмотки статора бифил5фными) и в целом схему генератора (отпадает необходимость компенсации реактивной составляющей напряжения, т.е. исклю чают ся конденсаторы в каждой фазе), при э-юм обеспечивается положительный зарядный баланс по обоим уровням напряжения при подключении нагрузки на оба уровня напряжения. Формула изобретения . 1.Система электропитания на два уровня напряжения, содержащая синхронный генератор с двумя статорными обмотками, подключенными к двум выпрямителям, и общей обмоткой возбуждения, подключенной к регулятору напряжения, две аккумуляторные батареи, соединенные последовательно, и две нагрузки на раз- ные уровни напряжения, причем нагрузка низшего уровня подсоединена к средаей точке соединения двух батарей и минусу батареи и вьшрямителя, а нагрузка высшего уровня присоединена к плюсу и минусу последоЬательно соединенных батарей, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности системы путем обеспечения равномерного заряда аккумуляторных батарей и упро-. щения системы в целом, статорные о&мотки вьшолнены на разные напряжения и подключены каждая через свой вьшр митель к нагрузка м и аккумуляторным батареям разного уровня напряжения, причем отрицательные вьюоды вьшрямителей, аккумуляторных батарей и нагрузок соединены между собой. 2.Система по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения надежности системы электропитания, между плюсовым и минусовым зажимами цепи последовательно включенных аккумуляторных батарей включено реле, замыкающие контакты которого включены между средней точкой аккумуляторных батарей и нагрузок низшего уровня. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3793544, кл. 320-17, 1972. 2.Патент США № 4О45718, кл. 320-17, 1975.