Система питания потребителя постоянного тока Советский патент 1987 года по МПК H02J7/10 

113

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам тока для беспрерывного обеспечения постоянного напряжения.

Цель изобретения - повышение КДЦ системы питания.

На фиг.1 изображена предлагаемая система, принципиальная схема; на фиг.2 - система при однофазном и трехфазном исполнении; на фиг.З - график напряжений на соответствующих элементах системы; на фиг.4 - система с элементами для регулирования зарядки; на фиг.З - вариант схемы системы питания; на фиг.6 - пример исполнения регулировки зарядки.

Схема (фиг.1) содержи сеть с переменным напряжением, которая питает первичную обмотку 2 трансформатора 3. Вторичная обмотка 4 трансформатора 3 присоединена к выпрямителю 5, содержащему мостовую схему, состоящую из регулируемого полумоста 6 и нерегулируемого полумоста 7 и являющуюся полуавтоматической. Выходной зажим 8 регулируемого полумоста 6 через катушку 9 сглаживающего дросселя присоединен к первому общему концу 10 конденсатора 11 фильтра потребителя 12. Выходной зажим 13 нерегулируемого полумоста 7 присоединен к другом;/ общему конду 14 потребителя 12 и конденсатора 11 фильтра,, а также к одному полюсу 15 акр:у- мулятора-16. Регулятор 17 напряжвгз-гя поддерживает напряжение потребителе: 12 постоянным с помошью вы прямителя 5 в рсачестве исполнительного звена, Выпрямитель, заряжающий аккумулятор 16, объединен с выпрямителем 5, а именно через вспомогательный транс-форматор 18 и рег улируемьй выпрямитель 19, служащий для зарядки. Вторичная обмотка 4 трансформатора 3 через вторичную обмотку 20 вспомогательного трансформатора 18, который запитывается через первичную обмотку 21 переменным напряжением и через включенный последовательно 5 управляемый однополупериодный выпрямитель 19 служащий для зарядки, присоединена также к зарядному зажиму 22 Зарядный зажим 22 через дроссельную катушку 23, снабженную отводом 24 и уменьшающую пульсапию зарядного тока, соединен с другик полюсом 25 аккумулятора 16. Между отводом 24 дроссельной катушки 23 и первым общим концом

2

включен вспомогательный тиристор 26, управляющий электрод которого 27 присоединен к реле 28 напряжения.

Когда сеть с переменным напряжением включена, трансформатор 3 и выпрямитель 5 под действием регулятора 17 напряжения обеспечивают потребитель 12 постоянным напряжением, с коэффициентом нелинейных иск.ажений,

обеспечиваемзш фильтрующим контуром, состоящим из кату7дки 9 сглаживающего дросселя и конденсатора 11 фильтра. Зарядка аккумулятора 16 обеспечивается независимо от питания потребителя

вторичной обмоткой 20 трансформатора 18, присоединенной последовательно к вторичной обмотке 4 трансформатора 3, управляемым однополупериодным выпрямителем 19, служащим для зарядки, и токовым контуром, состоящим из полумоста 7. Вторичная обмотка 20 вспомогательного трансформатора 18 повышает напряжение выпрямителя, состоящего из вторичной обмотки трансформатора 3, регулируемого однополу- перйодного выпрямителя 19, служащего для зарядки, и из нерегулируемого полумоста 7, настолько, чтобы напряжение форсированной зарядки аккумулятора 16 превысило напряжение потребителя 12.

Схемное решение системы по фиг„1 более подробно показано на фиг.2, которая одновременно является примером схемы однофазного (показано сплошными линиями) и трехфазного вариантов системы (сплошные и штрихпунктирные линии) . Далее поясняется только трехфазное устройство, так как оно содержит в себе также и однофазное. Сеть с переменным напряжением питает трехфазным напряжением первичную обмотку 2 трансформатора 3, обмотка 2

состоит из первичных обмоток 2а, 2Ь, 2с. Регулируемый полумост 6 полуавтоматического выпрямителя 5 с мостовой схемой, который соединен с фазовыми обмотками 4а, 4Ь, 4с вторичной обмотки 4, содержит регулируемые элементы 6а, 6Ь, 6с, в то время как нерегулируемый полумост 7 содержит в себе диоды 7а, 7Ь, 7с, фазовые обмотки 4а, 4Ь, 4с трансформатора 3 через вторичную обмотку 20, состоящую из вторичных обмоток 20а, 20Ъ, 20с вспомогательного трансформатора 18, который запитывается на первичных обмотках переменным напряжением - и через

включенньш последовательно, управляемый, состоящий из элементов 19а, 19Ь, 19с, однополупериодный выпрямитель 19, служащий для зарядки, присоединен к зарядному зажиму 22.

Если теперь отключается цепь с переменным напряжением, то реле напряжения дает приказ на зажигание управляющему электроду 27 вспомогательного тиристора 26, благодаря че- му аккумулятор 16 моменталь{1о подключается к потребителю 12 через отводку 24 дроссельной катушки 23. В связи с тем, что наличие или отключение сети 1 с переменным напряжением мо- жет контролироваться в нескольких точках, так, например, на вторичной обмотке трансформатора 3, то реле 28 напряжения может контролировать наличие на ней напряжения. Если теперь снова имеется в распоряжении сеть 1 с переменным напряжением, то мгновенно имеет место гашение вспомогательного тиристора 26 и благодаря этому отделение аккумулятора 16 от потребителя 12 с помощью цепи фильтра, состоящей из сглаживающей дроссельной катушки 9 и конденсатора 11 фильтра, также и тогда, когда напряжение аккумулятора 16 превьшгает нап- ряжение потребителя 12. Объяснение представлено на фиг.З.

На фиг.З, служащей для разъяснения этого и представляющей для лучшей наглядности процесс при однофазном решении в зависимости от времени напряжение U аккумулятора 16 превышает напряжение V потребителя 12, которое под действием конденсатора фильтра приблизительно постоянно во времени. От момента t хорошо видно, что на дросселыгую катушку 23 и аккумулятор 16 подается напряжение Uj + + , присутствующее между зарядным зажимом 22 и выходным зажимом 13 нерегулируемого полумоста 7 выпрямителя 5 и равное сумме вторичных напряжений вспомогательного трансформатора 18 и трансформатора 3. Так как вспомогательный тиристор 26 присоединен к отводу 24 дроссельной катушки 23, на вспомогательный тиристор 26 подается только более низкое напряжение и2, которое снова в момент вре- мени t| сравнивается с напряжением Ц потребителя 12, благодаря чему вспомогательный тиристор прерывает прохождение тока. Таким образом.

5 0 5 0

5

г

дроссельная катушка 23 выполняет двойную роль, так как она наряду с уменьшением зарядного тока аккумулятора 16 за счет высших гармоник создает комбинированным образом условия зажигания для вспомогательного тиристора 26 отдельно, без токового контура для принудительной коммутации.

Следзтош 1Й вариант исполнения схемы системы показан на фиг.4, в которой регулятор 29 зарядки, выполненный с контролирующим напряжение входом 30, с контролирующим ток входом 31 и управляющим выходом 32, проводит регулируемый заряд аккумулятора при применении однополупериодного зарядного выпрямителя 19 в качестве исполнительного органа. С этой целью вход 30 сигнала регулятора 29 зарядки соединен с первым и вторым полюсами

15и 25 аккумулятора 16. Вход 31, служащий для контроля тока, присоединен

к вторичной обмотке 33 трансформатора 34 тока, в то время как измерительная катушка 35 трансформатора 34 тока последовательно включена в токовый контур первичной обмотки 21 вспомогательного трансформатора 18, При трехфазном устройстве (фиг.2) трансформатор 34 выполнен трехфазным, но также возможно и однофазное решение. В последнем случае регулятор 29 зарядки получает только контрольный сигнал фазного тока. Преимущество устройства для регулирования зарядки, служащего в качестве п римера, состоит в том, что непрерывная подзарядка и форсированная зарядка аккумулятора

16происходит независимо от потребителя 12, так как ток первичной обмотки 21 вспомогательного трансформатора 1 8 - независимо от тока потребителя 12 - пропорционален только зарядному току аккумулятора 16. Это преимущество может быть особенно экономично использовано тогда, когда напряжение сети 1 с переменным напряжением сравнительно велико. В этом случае по обозначенному штрихпункти- ром соединению по фиг.4, которое одновременно представляет дальнейшзто возможность развития системы питания, вторичная обмотка 4 трансформатора 3 запитывает первичную обмотку 21 вспомогательного трансформатора 18 переменным напряжением через измерительную катушку 35 трансформатора 34 тока. Поэтому при этом решении как

5 . i вспомогательньй трансформатор, так и трансформатор тока 34 выполнены в виде низковольтных блоков, уровень изоляции которых существенно ниже, чем уровень изоляции трансформатора 3.

Следующий вариант исполнения, в котором объединен трансформатор 3 и вспомогательный трансформатор 18, виден по фиг.5. В показанном в качестве примера исполнении также предусмотрен трансформатор 3 с третичной обмоткой 36, включенной последовательно с вторичной обмоткой 4 и заменяющей вторичную обмотку 20 вспомогательного трансформатора 18. Для независимого от тока потребителя 12 измерения и контроля зарядного то ка аккумулятора 16 измерительная катушка 35 трансформатора 34 тока выполнена в виде полукатушек 35а, 35Ь, в то время как регулируемьм элемент 19а, 19Ь регулируемого, однополупе- риодного зарядного выпрямителя 19, соединенньй последовательно с полуоб мотками 35а, 35Ь, присоединен к зарядному зажиму 22.

В однофазном устройстве, представленном на фиг.5 сплошной линией, ток вторичной обмотки 33 трансформатора 34 тока копирует ток измерительной катушки, выполненной в виде полукатушек 35а, 35Ь. В трехфазном устройстве, схема которого дополнена штрих пунктирными линиями, по вторичной обмотке 33 течет прерывистый ток, который копирует зарядный ток только по участкам. Чтобы иметь возможность избежать ошибки целесообразно присоединить вторичную обмотку 33 известным образом через двухполупериодный выпрямитель 37 и последовательно включенную индуктивность 38 к контролирующему ток входу 31.

Этот вариант исполнения представляет дальнейшее упрощение однофазного схемного (коммутационного) устройства с двумя выпрямителями, причем преимущество получается благодаря тому, что уровень изоляции, соответствующий напряжению сети 1 с переменным напряжением, нужно обеспечить только для первичной обмотки 2 трансформатора 3.

Дпя исполнения источника тока, для беспрерывного обеспечения потребителей постоянным напряжением, для решения задачи регулирования зарядки

213806

аккумулятора 16 фиг.6 дает следующий пример в щелочных аккумуляторах 16 с целью устранения так называемого кипения щелочи. Это явление возни- с кает при эксплуатации главным образом щелочных аккумуляторов, подвергающихся частому форсированному заряду, когда для быстрого восстановления емкости аккумулятора формирован- Ш ная зарядка проводится в ускоренном темпе. Если теперь сеть 1 с переменным напряжением отключается на более длинньш временной интервал, то часто случается, что аккумулятор разогрева- 15 ется и электролит вскипает. Чтобы иметь возможность устранить это влияние, которое вызывает потери энергии и также сокрап(ает срок службы аккумулятора, в представленном исполнении 20 регулятор 29 зарядки выполнен в виде регулятора, который в зависимости от величины тока зарядки I дает два уровня напряжения V , V,.

Под действием заданного регулято25 ром 29 зарядки форсированного тока

Ij (формированного)заряда напряжение

Ц

4fc

аккумулятора 16 достигает уровня напряжения V, которое регулятор 29 зарядки сохраняет на постоянном зна30 чении. Когда зарядный ток I снизится до значения зарядного тока 1, регулятор 29 зарядки возвращает назад зарядное напряжение с Ц аккумулятора 16 с помощью регулируемого однопо25 лупериодного зарядного выпрямителя 19 до уровня напряжения V , который выше, чем напряжение U потребителя 12, но при котором зарядный ток I в зависимости от времени снижается на

40 величину, которая не вызывает ни повреждений, ни потерь.

Наряду с обеспечением дополнительного преимущества система питания и - в этих случаях гарантирует ранее описанное функционирование, так как вспомогательный тиристор описанным образом переключается и прерывает прохождение тока.

50

Формула изобретения

Система питания потребителя постоянного тока, содержащая два выход- ных вывода для подключения потребителя, трансформатор, подключенный к сети переменного тока и состоящий из первичной и вторичной обмоток, полууправляемый мостовой выпрямитель.

7i3

соединенный с вторичной обмоткой трансформатора и состоящий из управляемого и неуправляемого полумостов, электрическую цепь, соединяющую через сглаживающую обмотку дросселя выходную клемму управляемого полумоста с одним выходным выводом и с обкладкой конденсатора фильтра, а также выходную клемму неуправляемого полумоста с другим выходным выводом с другой обкладкой конденсатора фильтра и с одним полюсом аккумулятора, и регулятор напряжения потребителя, управляющий выпрямителем, причем вторичная обмотка упомянутого трансформатора через вторичную обмотку вспомогательного трансформатора,

08

первичная обмотка которого подключена к сети переменного тока, и через включенный последовательно управляемый однополупериодный зарядный выпря- митель подключена к клемме для под- ютючения другого полюса аккумулятора, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД, упомянутая клемма подключена к другому полюсу аккумулятора через катушку дополнительного дросселя, снабженную отводом, связанным с одним выходным выводом через вспомогательный тиристор, управляющий электрод которого соединен с

устройством ко.нтроля напряжения сети, возбуждающим тиристор при исчезновении напряжения сети.

7

28

17

7а

7

M::i

22- 23

2.i 2S JO /

4Ч

27

25

15

/ 11

12

Фае. 2

7J

74, i/J+M

Ui/

к

tef

Рие.З

-/--

г

J3

4J 5

фиг. 5

A

Редактор Н.Киштулинец

Составитель И.Найдина

Техред В.Кадар Корректор А. Зимокосов

Заказ 2672/59Тира;к 618Подписное

ВНИШЖ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

/:

Фи.б

Изобретение относится к системе для обеспечения потребителей постоянным напряжением. Целью изобретения является повышение КПД системы. При включенной сети переменного напряжения трансформатор 3 и полууправляемый выпрямитель 5 обеспечивают потребитель 12 постоянным напряжением. Зарядка аккумулятора 16 осуществляется от трансформатора 18 независимо от питания потребителя, вторичная обмотка трансформатора 18 включена последовательно с вторичной обмоткой трансформатора 3 и через управляемый однополупериодный выпрямитель 19 заряжает аккумулятор повьшенным по сравнению с потребителем напряжением. При отключении сети вспомогательный тиристор 26 открывается, и аккумулятор 16 подключается к потребителю через отводку дроссельной катушки 23. При включении сети тиристор 26 закрывается с помощью цепи, состоящей из дроссельной катушки 9 и конденсатора 11. Рассмотрен трехфазньй вариант, а также вариант системы, содержащий регулятор зарядки, выполненный с контролирующими напряжение и ток аккумулятора входами. Датчик тока выполнен в виде первичной обмотки трансформатора, включенной в токовый контур первичной обмотки 21 трансформатора 18. В следующем варианте системы трансформатор -3 обьединен с трансформатором 18. 6 ил. I СО ГчЭ со оо сн