Система электроснабжения автономного объекта Советский патент 1990 года по МПК H02J9/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электроснабжения подвижных объектов, включающих первичные источники постоянного тока ограниченной мощности и аккумуляторные батареи.

Целью изобретения является упрощение системы.

На черт-еже представлена,электрическая схема системы электроснабжения автономного объекта.

Система электроснабжения (СЭС) автономного объекта содержит источник 1 постоянного тока ограниченной мощности (ИПТ), аккумуляторную бата- / рею (АБ) 2, дроссель 3, первый 4 и второй 5 транзисторные ключи, диоды 6 и 7 обратного тока, выпрямительный диод 8, конденсатор 9, насыщающийся трансформатор 10, стабилитрон 11, первый 12, второй 13 и третий 14 резисторы.

Источник 1 включает разделительный диод 15, соединяющий этот источник и шины нагрузки 16.

ел

оо

ГчЭ

со со

Первая вторичная обмотка 17 транс- Форматора через первый резистор 12 связана с управляющим входом ключа 4 а вторая вторичная обмотка 18, включенная встречно первой вторичной обмотке, через второй резистор 13 - с управляющим входом ключа 5. Начало первичной об.мотки 19 трансформатора 10 подключено к общей точке дросселя 3 и ключей А и 5, а конец через ста- |билитрон 11 - с общей шиной питания аккумуляторной батареи 2 и нагрузки 16. ,

Параллельно стабилитрону °11 включены последовательно соединенные выпрямительный диод 8, дополнительная обмотка 20 дросселя 3 и третий резистор 14. Система снабжена также датчиком 21 максимального напряжения батареи, который имеет размыкающие контакты 22 в цепи питания аккумуляторной батареи 2.

К шинам нагрузки подключены входы датчика 23 минимального напряжения. Диод 8, трансформатор 10, стабилитрон 11, резисторы 12, 13 и 14 образуют устройство 24 управления ключами 4 и 5. Дроссель 3, ключи1 4 и 5, диоды 6 и 7, конденсатор 8 и устройство 24 образуют обратимый стабилизатор 25 напряжения.

Система работает следующим образом.

Стабилизатор 25 относится к класс параметрических. Напряжение стабилизации стабилитрона 11 выбирается р авным заданному уровню напряжения нагрузки 16.

В зависимости от величины нагрузки 16 СЭС может работать в трех режимах :

нагрузка 16 питается от источника 1 питания постоянного тока (ИПТ1) а АБ 2 полностью заряжена и отключена вместе с обратимым стабилизатором 25 от шин нагрузки,

нагрузка 16 питается от ИПТ1 и через обратимый стабилизатор 25 от АБ 2

ИПТ1 обеспечивает питание нагрузки 16 и заряд АБ 2 через стабилизатор 25.

Выбор одного из указанных режимов осуществляется в зависимости от уровня напряжения на шинах нагрузки 16 (и уровня заряженности АБ 2).

Полнота зарида АБ 2 регистрируется по срабатыванию датчика 21 мак0

5

0

5

0

симального напряжения батареи (в случае использования герметичных аккумуляторов этот датчик 21 может быть заменен на датчик давления). Отключение АБ 2 и стабилизатора 25 от шин нагрузки 16 может осуществляться по сигналам датчика 21 с помощью контактов 22. Подключение АБ 2 к шинам нагрузки 16 производится по сигналу датчика 23 минимального напряжения нагрузки. Если АБ 2 заряжена полностью (сработал датчик 21), то обратимый стабилизатор 25 и АБ 2 от шин нагрузки 16 отключены контактами 22, а питание нагрузки 16 осуществляется от ИПТ 1 по цепи 1-15-16-1.

При снижении напряжения на нагрузке 16 срабатывает датчик 23. СЭС переходит во второй режим работы. Выход обратимого стабилизатора 25 подключается контактами 22 к шинам нагрузки 16, питающейся по цепи 1-15-16-1. Разность напряжений АБ 2 и ИПТ 1 (нагрузки 16) обуславливает открытие первого ключа 4. По цепи 2-4-19-2 начинает протекать ток, под действием которого в обмотке 17 трансформатора 10 индуктируется ЭДС, вызывающая полное открытие ключа 4. По цепи 2-4-3-9(16)-2 протекает разрядный ток АБ 2, ив дросселе 3 накапливается энергия. Длительность открытого

35

состояния формуле

ключа 4 определяется по

2BfSKcU

u

(О

cr

0

5

0

5

где t

ст

К,

со

длительность импульса тока чер. з транзисторный ключ 4, напряжение стабилитрона 11, индукция насыщения сердечника трансформатора 10, площадь поперечного сечения сердечника,

коэффициент заполнения сердечника,

число витков основной обмотки дросселя 3. По истечении t« сердечник трансформатора 10 насыщается и сигнал управления снимается с ключа 4, что вызывает его закрытие. При этом в дросселе 3 индуктируется ЭДС, под , действием которой по цепи 3-9(16)-6-3 протекает ток и энергия дросселя 3 передается в нагрузку 16. Одновременно в дополнительной обмотке 20 дросселя 3 индуктируется ЭДС (полярность

показана на чертеже), вызывающая протекание тока по цепи 20-8-11-14-20. Напряжение стабилитрона 11 прикладывается к первичной обмотке 19, вызывая протекание тока по цепи 11-19-6- -11 (ток дросселя 3 через диод 6 намного больше тока обмотки 19), т.е. происходит перемагничивание сердечника трансформатора 10 в течение интервала времени

2 B,.SKcu;

U

(2)

ст

+ t

U,

(3)

1 UA6

В то же время при разряде АБ 2 обратимый стабилизатор 25 работает по схеме понижающего конвертора, в котором имеет место равенство

где tn - длительность паузы в работе транзисторного ключа 4. Далее работа стабилизатора 25 цилически повторяется. При этом коэффициент заполнения импульсного цикл ключа 4 определяется соотношением t , UCT

/у, л/

i - t

Ј. г ид6 Г

(4)

Сопоставляя (3) и (4), получаем н UCT.

Таким образом, напряжение на шинах нагрузки 16 поддерживается на зданном уровне за счет разрядной энергии АБ 2 и ИПТ1. При уменьшении тока нагрузки 16 напряжение на шинах возрастает. Разность напряжений АБ 2 и ИПТ 1 (нагрузки 16) уменьшается, и работа ключа 4 прекращается

При UH Ucr имеет место избыточная мощность ИПТ 1, которая используется для восстановления запаса энергии АБ 2 - СЭС переходит в третий режим работы. Ток, протекающий по цепи 1-15-3-19-11-1, индуктирует ЭДС в дополнительной обмотке 20 дросселя (полярность показана на чертеже), под действием которой в цепи 20-8-11-14-20 протекает ток. Напряжение стабилитрона 11 прикладывается к обмотке 19 трансформатора 10, и по цепи 11-19-5-11 (через открывающийся ключ 5) начинает протекать ток. ЭДС вторичной обмотки 18 прикладывается через сопротивление 13 к управляющему входу ключа 5 и окончательно открывает его. В течение длительности t2 (2) транзисторный ключ 5 открыт и за счет тока,

0

протекающего по цепи 1-15-3-5-1, в дросселе 3 накапливается энергия. По истечении t2 трансформатор 10 насыщается, а ключ 5 закрывается, так как управляющий сигнал на его входе снимается. Под действием напряжения ИПТ 1 и ЭДС самоиндукции дросселя 3 открывается диод 7 и по цепи 1-15-3-7-1 протекает импульс зарядного тока АБ 2. Одновременно по цепи 2-7-19-11-2 (ток обмотки 19 намного меньше тока дросселя 3) протекает ток, перемагничивающий трансформатор 10 в обратном направлении, в течение времени tT (1). Далее работа регулятора при заряде АБ 2 циклически повторяется.

Следовательно, коэффициент заполнения уг импульсного цикла стабилизатора 25 в третьем режиме работы СЭС определяется соотношением

«1 -тг - (5)

1 UA6

При заряде АБ 2 стабилизатор 25 работает по схеме повышающего конвер- торя, для которого справедлива формула

30

Нл 1

%

(6)

Подставляя (5) в (6), получим равенство U к UCT.

Таким образом, обратимый стабилизатор напряжения обеспечивает стабилизацию напряжения и„ на шинах нагрузки 16 во время заряда АБ 2.

В целом работа СЭС складывается из последовательности рассмотренных режимов функционирования ее составных частей. Величина емкости АБ 2 выбирается с учетом возможности ее

восстановления при любом (даже самом неблагоприятном) графике нагрузки 16.

Формула изобретения

Система электроснабжения автономного объекта, содержащая источник постоянного тока ограниченной мощности, клеммы которого подсоединены к шинам нагрузки, с которыми через обратный стабилизатор напряжения связаны зажимы аккумуляторной батареи, обратимый стабилизатор напряжения состоит из первого и второго транзисторных ключей, параллельно каждому

15

из которых tвключен диод обратного Тока, дросселя, конденсатора, включенного между выводами для подключения нагрузки и устройства управления ключами, последние включены последовательно, параллельно второму ключу включены последовательно соединенные дроссель и конденсатор, аккумуляторная батарея и вывод для подключения нагрузки имеют общую шину питания, Отличающаяся тем, что, с целью упрощения системы, дроссель снабжен допопнительной обмоткой, а устройство управления содержит насы- Дающийся трансформатор, начало первичной обмотки которого подключено к точке соединения ключей, а конец через стабилитрон - к общей шине, на8

чало первой вторичной обмотки трансформатора подсоединено к точке соединения первого транзисторного ключа и аккумуляторной батареи, а конец через первый резистор связан с управляющим входом первого ключа, начало второй вторичной обмотки трансформатора через второй резистор связано с управляющим входом второго ключа, а конец подсоединен к точке соединения транзисторных ключей, начало дополнительной обмотки дросселя через выпрямительный диод связано с концом первичной обмотки трансформатора, а конец дополнительной обмотки через третий резистор - с общей шиной питания.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электроснабжения подвижных объектов, включающих первичные источники постоянного тока ограничения мощности и аккумуляторные батареи. Цель изобретения - упрощение системы. Система электроснабжения состоит из источника питания постоянного тока ограниченной мощности, клеммы которого подсоединены к шинам нагрузки с которыми через обратимый стабилизатор напряжения связаны зажимы аккумуляторной батареи. Обратимый стабилизатор содержит два транзисторных ключа с параллельно включенными диодами обратного тока, дроссель и конденсатор, включенный параллельно нагрузке. Стабилизтор напряжения относится к классу параметрических. Новым является то, что энергия, необходимая для создания источника опорного напряжения стабилизатора на стабилитроне, снимается с дополнительной обмотки дросселя, которая через диод и резистор соединена с этим стабилитроном. 1 ил.