Зарядно-пусковое устройство Советский патент 1990 года по МПК H02J7/10 

Изобретение относится к электротехнике и преобразовательной технике, в частности к устройствам для заряда аккумуляторных батарей стабилизированным постоянным импульсным током от однофазной промышленной сети и для стартерного запуска двигателей.

Цель изобретения - расширение области применения и повышение эксплуатационной надежности.

На фиг.1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и 3 - возможные варианты выполнения преобразователя переменного напряжения в постоянное; на фиг.4 - диаграмма работы устройства.

Зарядно-пусковое устройство содержит последовательно включенные между входными 1 и 2 и выходными 3 и 4 выводами преобразователь 5 переменного напряжения в регулируемое постоянное и датчик 6 тока, неуправляемый выпрямитель 7, входом 8 подключенный к выводам 9 питания переменным напряжением, стабилизатор 10 напряжения, входом подключенный к выходу неуправляемого выпрямителя, выходом - к первому входу задатчика 11 тока заряда, последовательно соединенные формирователь 12 импульсов и усилитель 13 мощности, выходом подключенный к управляющий входам 14 и 15 преобразователя 5 переменного напряжения в

ЈЛ ОЭ 4Ь Од

ОЭ

ьэ

регулируемое постоянное, интегратор 16, выходом соединенный с первым входом первого компаратора 17, первым входом - с выходом датчика 6 тока, задатчик 18 угла управления, выходом подключенный к первому входу второго компаратора 19, ключ 20, резисторы 21-23, диод 24 и конденсаторы 25-27. В устройство введены элемент 28 совпадений и RS-триггер 29, интегратор шунтирован ключом 20, управляющий вход которого соединен с выходом 30 формирователя импульсов, второй вход интегратора подключен к выходу 31 за- датчика тока, вторым входом соединенного с выходом датчика тока. Второй вход первого компаратора 17 подключен к выходу стабилизатора 10 напряжения, второй вход второго компаратора 19 через последовательно соединенные первый и второй резисторы 21 и

22подключен к выходу неуправляемого выпрямителя 7, общая точка резисторов 21 и 22 через первый конденсатор 25 соединена с входом датчика тока

и общей шиной 32. Выход второго компаратора 19 подключен через второй конденсатор 26 к выходу элемента 28 совпадений, а через третий резистор

23и третий конденсатор 27, образующие цепь задержки - к одному входу элемента 28 совпадений и одному входу RS-триггера 29, другой вход которого соединен с выходом элемента совпадений и через диод 24 с выходом формирователя 12 импульсов, входом подключенного к выходу 33 RS-триггера. Вход задатчика 18 угла управления соединен с выходным выводом, другой вход элемента совпадений соединен с выходом компаратора 17.

Питание элементов отдельных устройств (интегратора и компараторов) напряжением с полярностью относительно общей шины 32, противоположной напряжению на выходе неуправляемого выпрямителя 7, осуществляется при необходимости от дополнительного неуправляемого выпрямителя 34 через соответствующий стабилизатор 35 либо от аккумуляторной батареи (АБ). При необходимости работать не только на аккумуляторную батарею, но и на активную нагрузку, а также в случае заряда одного элемента АБ на вход второго компаратора 19 подают смещение через дополнительный резистор 36.

Перобразователь переменного напряжения в регулируемое постоянное (фиг.1) выполнен на силовом трансфор- маторе 37, первичная обмотка 38 которого подключена к входу 39 преобразователя, и управляемом выпрямителе 40, входом подключенном к вторичной обмотке 41 силового трансформатора, выQ ходом - к выходу 42 преобразователя, управляющие входы управляемого выпрямителя соединены с управляющими вхо- дами 14 и 15 преобразователя, причем вторичная обмотка силового трансфор5 матора предназначена для подключения к выводам питания переменного напряжения. В стартерном режиме АБ подключается к выводу 43 и общей шине 32. Преобразователь 5 переменного наQ пряжения в регулируемое постоянное (фиг.2) выполнен на силовом трансформаторе 37, первичная обмотка 38 которого подключена к входу 39 преобразователя, и на неуправляемом силовом

5 выпрямителе 44, входом подключенном

к вторичной обмотке 41 силового трансформатора, выходом через силовой управляемый ключ 45 -. к выходу 42 преобразователя. Управляющие входы силового управляемого ключа соединены с управляющими входами 14 и 15 преобразователя, причем вторичная обмотка силового трансформатора предназначена для подключения к выводам питания переменным напряжением.

Преобразователь 5 переменного напряжения в регулируемое постоянное (фиг.З) выполнен на силовом 37 и со/ч гласующем 46 трансформаторах, первичная обмотка 38 силового трансформатора через силовой управляемый ключ 45 подключена к входу 39 преобразователя, вторичная обмотка 41 силового

5 трансформатора через силовой неуправляемый выпрямитель 44 соединена с выходом 42 преобразователя управляющий вход силового управляемого ключа 45 соединен с управляющими выходами 14 и 15 преобразователя, первичная обмотка 47 трансформатора 46 соединена с входом 39, выводы вторичной обмотки 48 согласующего трансформатора предназначены для подключения к выводам питания переменным напряжением.

На фиг.4 приняты следующие обозначения: 49 - напряжение, обратное напряжению на выходе неуправляемого выпрямителя 7 (пунктиром) и напряже0

5

нию в общей точке резисторов 21 и 22

50- напряжение на выходных выводах;

51 напряжение на выходе интеграто

ра 16; 52 - напряжение на выходе первого компаратора 17; 53 - напряжение на выходе второго компаратора 19; 54 - напряжение на выходе элемента 28 совпадений; 55 - напряжение на выходе RS-триггера 29; 56 - напряжение на выходе датчика 6 тока без дросселя в цепи постоянного тока.

Устройство работает следующим образом.

После включения питающего напряжения и подключения аккумуляторной батареи (АБ) к выходным выводам 3 и 4 на выходе второго компаратора 19 формируется последовательность 53 импульсов, следующих с удвоенной частотой питающей сети. При отсутствии сигнала задания по току заряда на выходе первого компаратора 17 устанавливается нулевой потенциал (52) и переключение RS-триггера 29 осуществляется короткими импульсами через второй конденсатор 26 с выхода второго компаратора 19. Выходные импульсы триггера запускают формирователь 12 импульсов, тарируются по длительности и через усилитель 13 мощности поступают на управляющие входы, например тиристоры управляемого выпрямителя 40. При этом задатчиком 18 устанавливают такую фазу переключения второго компаратора 19 относительно момента равенства напряжений на выходе неуправляемого выпрямителя (то же для управляемого) и напряжения АБ, что Uft6j iUc|, т.е. тиристоры заперты обратным напряжением, ток заряда не протекает. При каждом срабатывании формирователя 12 импульсов через ключ 20 происходит разряд конденсатора в интеграторе 16.

При увеличении сигнала на выходе задатчика 11 тока заряда до заданного минимального уровня напряжение на выходе интегратора 16 достигает порога переключения первого компаратора 17 (6-8 В) и на его выходе появляется единичный уровень напряжения. Если при этом и на выходе второго компаратора 19, определяющего допустимую зону работы управляемого выпрямителя, также единичный уровень напряжения, то на выходе элемента 28 совпадений появляется нулевой синхронизирующий импульс. Этот импульс переключает RS10

5

20

5

0

5

0

5

0

5

триггер 29, который запускает формирователь 12 импульсов. На тиристоры выпрямителя 40 подаются управляющие импульсы, что приводит к включению соответствующего тиристора и протеканию через АБ зарядного тока. В момент включения тиристоров интегратор обнуляется и снова интегрирует разницу между сигналом задания и сигналом обратной связи по току заряда. В установившемся режиме эта разница постоянна и определяется только порогом переключения первого компаратора 17, который также постоянен, так как определяется напряжением на выходе стабилизатора 10. Этим обеспечивается точная стабилизация тока заряда АБ независимо от напряжения АБ и напряжения питающей сети, что расширяет область применения устройства. При |UA6| lUt происходит переключение второго компаратора 19 и через второй конденсатор 26 на вход RS-триггера поступает еще один синхронизирующий импульс (54). Однако переключение триггера не происходит, так как он переключился по импульсу на выходе первого компаратора 17. Возврат RS- триггера 29 в исходное состояние осуществляется нулевым потенциалом на выходе второго компаратора 19 через цепь задержки на третьем резисторе 23 и третьем конденсаторе 27. Этим триггер подготавливается к очередному переключению с запуском формирователя 12 импульсов.

В переходных режимах при снижении напряжения питающей сети, чрезмерном увеличении сигнала задания, сбое в работе формирователя импульсов и т.п., переключение первого компаратора 17 может произойти раньше, чем появится единичный потенциал на выходе второго компаратора 19. В этом случае синхронизирующий импульс на выходе элемента 28 совпадений появляется практически в момент переключения второго компаратора из нулевого в единичное состояние, так как время задержки цепочки 23, 27 незначительно. Конденсатор 25 обеспечивает такой сдвиг по фазе напряжения на выходе неуправляемого выпрямителя 7, что указанное переключение второго компаратора 19 происходит всегда при |Uc| luAbj. Это гарантирует включение тиристоров и формирование очередного импульса зарядного тока.

Таким образом, цепочка из первого и второго резисторов 21 и 22 и первого конденсатора 25 совместно с одним эадатчиком 18 угла управления обеспечивают формирование допустимой зоны подачи управляющих импульсов, гарантирующей устойчивую работу устройства в широком диапазоне напряжений АБ и питающей сети без введения каких- JQ либо переключающих элементов, что значительно упрощает наладку устройства и повышает его эксплуатационную надежность.

При коротком замыкании АБ (если 15 не устанавливать резистор 36 смещения) переключений второго компаратора 19 не происходит (он всегда закрыт), следовательно, RS-триггер 29 не возвращается в исходное состояние. В 20 этом случае импульсы на выходе фор- мирователя 12 импульсов отсутствуют, тиристоры заперты, что обеспечивает защиту устройства от коротких замыканий на выходе, чем дополнительно 25 повышается эксплуатационная надежность его работы без введения дополнительных узлов защиты от коротких замыканий.

В случае подключения АБ к выход- 30 ным выводам 3 и 4 обратной полярности второй компаратор 19 также всегда закрыт, что предотвращает аварийный режим работы устройства. При этом не требуется дополнительных элементов контроля полярности подключения АБ, что также упрощает устройство и повышает его эксплуатационную надежность.

Преобразователи переменного напряжения В ПОСТОЯННОе (фИГ.2 И 3) дд позволяют уменьшить количество управляемых элементов и тем самым снизить стоимость устройства. Работа элементов цепей управления в этом случае не изменяется.45

При включении переключателя режима работы в положение Пуск устройство в буфере с АБ обеспечивает стар- терный режим АБ (запуск двигателя). Угол управления выпрямителем 40 в

35

50

таком режиме задается вторым компаратором 9 (51) и близок к минимальному. Для стартерного режима АБ подключается к выводу 43 и общей шине 32, чтобы исключить датчик 6 тока (если он маломощный и рассчитан только на ток заряда АБ).

Если датчик 6 тока допускает кратковременную перегрузку (на время

5

0

д 5

5

0

5

пуска в стартерном режиме), то можно подключить АБ и к выводам 3 и 4.

Таким образом, изобретение обеспечивает расширение области применения и повышенную эксплуатационную надежность устройства, так как позволяет без введения каких-либо переключателей и подстроечных элементов заряжать стабилизированным током АБ практически с любым выходным напряжением. При этом обеспечивается надежная защита как от коротких замыканий на выходе, так и от подключения АБ обратной полярностью без введения каких-либо дополнительных элементов защиты.

Формула изобретения

Зарядно-пусковое устройство, содержащее последовательно включенные между входными и выходными выводами преобразователь переменного напряжения в регулируемое постоянное и датчик тока, неуправляемый выпрямитель, входом подключенный к выводам питания переменным напряжением, стабилизатор напряжения, входом подключенный к выходу неуправляемого выпрямителя, а выходом - к первому входу за- датчика тока заряда, последовательно соединенные формирователь импульсов и усилитель мощности, подключенный выходом к управляющим входам преобразователя переменного напряжения в регулируемое постоянное, интегратор, выходом соединенный с первым входом первого компаратора, первым входом - с выходом датчика тока, задатчик угла управления, выходом подключенный к первому входу второго компаратора, ключ, резисторы, диод, конденсаторы, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения и повышения эксплуатационной надежности, в устройство введены элемент совпадений и RS-триггер, интегратор шунтирован ключом, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, второй вход интегратора подключен к выходу задатчика тока, вторым входом соединенного с выходом датчика тока, второй вход первого компаратора подключен к выходу стабилизатора напряжения, второй вход второго компаратора через последовательно соединенные первый и второй резисторы подключен к выходу неуправ9153463210

ляемого выпрямителя, общая точка perвходу RS-триггера, другой вход кото- зисторов через первый конденсатор со-рого соединен с выходом элемента сов- единена с входом датчика тока и об-падений и через диод с выходом фор- щей шиной, выход второго компаратора ,.мирователя импульсов, входом подклю- подключен через второй конденсатор кченного к выходу RS-триггера, вход выходу элемента совпадений, а череззадатчика угла управления соединен с третий резистор и третий конденсатор,выходным выводом, другой вход эле- образующие цепь задержки - к одномумента совпадений соединен с выходом входу элемента совпадений и одному JQпервого компаратора.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к многоцелевым источникам питания. Цель изобретения - расширение области применения и повышение эксплуатационной надежности. Устройство содержит тиристорный регулирующий элемент, датчик тока, неуправляемый выпрямитель и блок управления регулирующим элементом. Последний выполнен на основе стабилизатора напряжения, задатчика тока заряда, формирователя импульсов и усилителя их мощности, интегратора и набора логических элементов. Описаны варианты регулирующего элемента с использованием согласующего трансформатора и без него. На основе регулирующего элемента реализованы функции стабилизации зарядного тока и защиты устройства при перегрузках и ошибочных подключениях батареи неправильной полярностью. 3 ил.

ICC . |я

1«

Заряд луск

f-r I L 1

фиг.1

Г

I 57 ,

W

в- w

-йФиг. 2

вкл

Г

,

гоiJ9

€

|ij.

Фиг. 5

45

VZ

I

л

лЦ

J

г

I3 Ч

«ЦЮ-«

С

Л

W

I

ОАб.,. .Ui& .

/г t/ / //

v

П

1 I

П

А Л

П

A