Система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током Советский патент 1992 года по МПК H02J7/02 

Изобретение относится к устройствам для формовки при производстве и заряде (подзаряде) аккумуляторов и аккумуляторных батарей в процессе их эксплуатации как в стационарных условиях, так и на подвижных автономных объектах, например на автомобилях, асимметричным током.

Известна система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током от трехфазного источника переменного тока через два трехфазных мостовых выпрямителя в токоограничивающих дросселях. Управляемые тиристорные выпрямители обеспечивают формирование и проведение асимметричного тока с малыми потерями мощности. Однако, система характеризуется относительно сложной схемой и повышением значения зарядного напряжения - не превышающего амплитудного значения линейного напряжения трехфазного источника переменного тока. Это ухудшает удельные энергетические показатели системы.

Известна также система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током от трехфазного источника переменного тока, фазовые обмотки которого образуют ячейку - последовательную цепь, причем две из них соединены согласно и встречно относительно третьей, а передача энергии в батарею осуществляется через полумостовой выпрямитель, в два плеча которого включены две секции аккумуляторной батареи.

Такая система заряда характеризуется большой простотой схемы и сравнительно высоким зарядным напряжением, так как каждая секция заряжается до удвоенного значения амплитуды фазового напряжения трехфазного источника переменного тока.

Однако малое значение КПД и невысокое значение коэффициента мощности

VJ

(обусловленное ограничением тока заряда активным сопротивлением тиристоров и внутренним сопротивлением фазовых обмоток источника) ухудшают удельные энергетические показатели этой системы. Кроме того, эта система заряда может быть использована для заряда только двухсекционных аккумуляторов батарей, т.е. батарей, имеющих четное число аккумуляторов и вывод средней точки этой батареи, что сужает фун- кциональные возможности системы.

Наиболее близким техническим решением изобретению является система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащая трехфазный источник переменного тока, управляемый мостовой выпрямитель-формирователь асимметричного тока, два накрестлежащие плечи которого образованы тиристорами, два другие - зарядно-разрядными конденсаторами, к выходным шинам которого подключена заряжаемая аккумуляторная батарея, а к одной клемме входной диагонали через токоограничивающий конденсатор - фазовый вывод обмотки трехфазного источника переменного тока, и блок контроля напряжения и фазового управления тиристорами.

Цель изобретения - улучшение удельных энергетических показателей при заряде аккумуляторной батареи преимущественно до напряжения, не превышающего амплитудного значения линейного напряжения источника переменного тока.

На фиг. 1 представлена электрическая схема системы заряда аккумуляторной ба- тареи асимметричным током, которая содержит фазовые обмотки 1, 2 и 3 трехфазного источника переменного тока и выпрямитель-формирователь асимметричного тока. Обмотки источника соединены по схеме трехлучевой звезды с выведенной нейтралью, один луч - обмотка 1, которого через токоограничивающий конденсатор 4 подключен к клемме входной диагонали моста, образованного зарядно-разрядными конденсаторами 5 и 6 и вентилями 7 и 8. В качестве вентиля 8 может быть использован как тиристор, так и обычный диод.

Вторая фазовая обмотка 2 трехфазного источника переменного тока через токоог- раничивающий конденсатор 9 подключена к точке соединения зарядно-разрядного конденсатора 10 и тиристора 11. Зарядно-раз- рядный конденсатор 10 и тиристор 11 образуют цепочку, включенную параллель- но выходным шинам. Аналогично обмотка 3 через токоограничивающий конденсатор 12 подключена к общей точке зарядно-разрядного конденсатора 13 и тиристора 14. За- рядно-разрядный конденсатор 13 и

тиристор 14 образуют цепочку, включенную параллельно выходным шинам.

Аноды диодов 15,16,17 соответственно подключены к точке соединения фазовой обмотки и токоограничивающего конденсатора (1 и 4, 2 и 9, 3 и 12), а их катоды - к точкам соединения несмежных (с этими лучами) токоограничивающих и зарядно-раз- рядных конденсаторов, то есть к анодам тиристоров 11, 14 и 7 соответственно, которые также управляются от блока 18. Кроме того, токоограничивающие конденсаторы 4, 9 и 12 на порядок и более превышают емкость зарядно-разрядных конденсаторов 5, 6,10 и 13.

При рассмотрении процессов будем считать, что тиристоры в соответствующие полупериоды открыты, т.е. проводят ток как обычные диоды.

Работа системы происходит следующим образом.

Пусть в исходный момент времени линейное напряжение фаз 3-1 равно нулю, 1-2 отрицательно, а 2-3 положительно и в последующем линейное напряжение фаз 3-1 начинает возрастать. При этом напряжение на выходном зажиме обмотки 3 будет иметь положительный потенциал относительно выходной клеммы обмотки 1. Под действием этого напряжения начинается заряд токоограничивающего конденсатора 4 по цепи: 3- 17-4-1-3. Этот заряд завершится через 90 электрических градусов, когда линейное напряжение фаз 1-3 достигнет максимального значения итл где итл амплитудное значение линейного напряжения источника. После этого линейное напряжение фаз 3-1 будет убывать по абсолютной величине, а диод 17 будет находиться в запертом состоянии, так как к его катоду будет приложен положительный (относительно анода) потенциал.

Через 30 электрических градусов, когда напряжение фазы станет положительным, начнется заряд зарядно-разрядных конденсаторов по цепям: 3-17-8-3 и 3-17-7-5-3 до амплитудного значения напряжения фазы 3. Этот процесс закончится через 120 электрических градусов от начала отсчета. Кроме того, когда суммарное напряжение фазы 1 и токоограничивающего конденсатора 4 станет больше Утф , где 1)тф - фазное напряжение источника, начнется дозаряд зарядно-разрядных конденсаторов по цепи 1-4-7-5-1 и 1-4-6-8-1.

По мере изменения напряжения фазы 1 настанет момент, когда суммарное напряжение фазы 1 и токоограничивающего конденсатора 4 станет больше ЭДС

аккумуляторной батареи. Начиная с этого момента времени начнется заряд аккумуляторной батареи по цепи 1-4-7-19-8-1. Конденсатор 4 при этом сначала разрядится, а затем будет перезаряжаться, отдавая энергию в аккумуляторную батарею и зарядно- разрядный конденсатор. Этот процесс завершится, когда суммарное значение напряжения фазной обмотки 1 и токоограни- чивающего конденсатора 4 станет меньше ЭДС аккумуляторной батареи. Это приведет к закрытию тиристоров 7 и 8 (в режиме естественного погасания). При этом напряжение зарядно-разрядных конденсаторов 5 и 6 будет равно ЭДС аккумуляторной батареи 19.

В этот момент происходит скачкообразное изменение структуры системы - заряд- но-разрядный конденсатор 5, аккумуляторная батарея 10 и зарядно-раз- рядный конденсатор 6, которые оказываются включенными через входную диагональ моста последовательно друг с другом. В момент изменения структуры оказываются включенными последовательно зарядно- разрядный конденсатор 6, токоограничива- ющий конденсатор 4, фазная обмотка 1 и зарядно-разрядный конденсатор 5. Так как напряжение источника начинает уменьшаться по абсолютной величине, то конденсатор 4 при этом продолжает перезаряжаться, однако, так как его скорость превышает емкость зарядно-разрядных конденсаторов, напряжение на обкладках токоограничивающего конденсатора изменяется медленнее, чем на обкладках зарядно-разрядных конденсаторов.

Диод 17 будет находиться в закрытом состоянии до тех пор пока линейное напряжение фаз 3-1 не станет больше напряжения на токоограничивающэм конденсаторе 4. Начиная с этого момента времени структура системы заряда изменяется, так как открывается диод 17 и токоограничиваю- щий конденсатор повторно начинает заряжаться. Далее процессы в рассмотренной цепи повторяются циклически.

Если тиристоры не открывать, то по цепи 19-5-1-4-6 протекает только переменная составляющая асимметричного тока, осуществляющая активную деполяризацию аккумуляторов, так как конденсаторы 5 и 6, запасая энергию подзарядных импульсов аккумуляторной батареи, в последующем возвращают ее в батарею. Заряд батареи при закрытых тиристорах не производится, а напряжение на клеммах входной диагонали этого моста изменяется практически от нуля до 2,73 амплитуды фазного напряжения трехфазного источника переменного тока.

Именно до этого напряжения и заряжаются аккумуляторная батарея и зарядноразрядные конденсаторы 5 и 6, если тиристоры открыты в соответствующие моменты времени.

В электрических цепях, связанных с линейными напряжением фаз 1 и 2 (диод 15,

0 токоограничивающий конденсатор 9, тиристоры 11 и 8, зарядно-разрядный конденсатор 5 и 10) и фаз 2-3 (диод 16, токоограничивающий конденсатор .тиристоры 14 и 8, зарядно-разрядные конденса5 торы 5 и 13) протекают процессы, аналогичные рассмотренным, но со сдвигом по фазе на 120 и 240 электрических градусов соответственно. Система при этом генерирует три зарядных импульса тока в каждом

0 периоде изменения питающего напряжения.

Так как ток заряда аккумуляторной батареи ограничен емкостным сопротивлением токоограничивающих конденсаторов 4,9

5 и 12, то внешняя характеристика системы линейная, потери в системе незначительны, а КПД имеет высокое значение. Введение в систему диодов, двух токоограничивающих конденсаторов и двух тиристорно-конден0 саторных цепочек, каждая из которых обра. зована конденсатором и тиристором,

обеспечивает получение трех зарядных и

трех подзарядных импульсов тока. При этом

амплитудное значение напряжения заряд5 ного импульса может достигать значения, в 2,73 раза превышающего его фазное напряжение источника. Таким образом, аккумуляторная батарея может быть заряжена до напряжения, в 2,73 раза превышающего ам0 плитуду фазового напряжения источника. Учитывая, что наряду с увеличением зарядного напряжения на 36,6% увеличивается втрое число зарядных импульсов (относительно прототипа), скорость передачи энер5 гии в аккумуляторную батарею при незначительном увеличении массы этой системы (так как масса диодов и конденсаторов не превышает 2-5% от массы источника). Это значительно улучшает

0 удельные энергетические показатели системы. Источник при этом эксплуатируется в трехфазном режиме, что дополнительно улучшает его показатели.

Таким образом, при заряде аккумуля5 торной батареи от системы, содержащей трехфазный источник переменного тока, управляемый мостовой выпрямитель, два на- крестлежащие плеча которого образованы тиристорами, два другие - зарядно-разряд- ными конденсаторами, токоограничивающий конденсатор и дополнительно снабженный двумя токоограничивающими конденсаторами, тремя диодами и двумя тиристорно-конденсаторными цепочками, каждая из которых образована зарядно-раз- рядными конденсаторами и тиристором, увеличивается второе за период число зарядных импульсов при одновременном увеличении их напряжения на 36,6%. Это соответственно утраивает скорость переда- чи энергии трехфазного источника переменного тока в аккумуляторную батарею, а также приводит к более полному использованию мощности источника при его работе в трехфазном режиме. Все это улучшав удельные энергетические показатели системы заряда.

Формула изобретения Система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащая трехфазный источник переменного тока, обмотки которого соединены по схеме электрической звезды, мостовой выпрямитель, два накрестлежащих плеча которого образованы вентилями, а два другие - конденса- торами,вентильнуюи

диодно-конденсаторную цепочки, причем вентильная цепочка состоит из двух последовательно включенных вентилей и своим катодным выводом подключена к положи- тельному выводу выпрямительного моста, одна из обкладок конденсатора диода конденсаторной цепочки подключена к катоду диода, а другая - к первой фазовой обмотке трехфазного источника переменного тока, а

блок контроля напряжения и управления снабжен четырьмя выходами для управления тиристорами, отличающаяся тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей при заряде аккумуляторной батареи преимущественно до напряжения, не превышающего амплитудного значения линейного напряжения источника переменного тока, она дополнительно снабжена двумя конденсаторными цепочками, состоящими из двух последовательно включенных конденсаторов, второй вентильной цепочки, образованной последовательно соединенными тиристором и диодом, при этом катодный вывод тиристора подключен к положительным выводам мостового выпрямителя и аккумуляторной батареи, одни свободные выводы конденсаторных цепочек подключены ко второй и третьей фазовым обмоткам источника соответственно, а другие - к отрицательному выводу выпрямительного моста, точки соединения конденсаторов подключены к точкам соединения вентилей первой и второй вентильных цепочек, а анодные выводы диодно-конденсаторной и вентильной цепочек подключены к первой, второй и третьей фазовым обмоткам источника соответственно, одна клемма входной диагонали мостового выпрямителя подключена к точке соединения конденсатора и катода вентиля диодно-конденсаторной цепочки, а вторая - к нейтрали источника, в качестве вентилей мостового выпрямителя использованы тиристоры.

Использование: электрооборудование, обеспечивающее поддержание состояния заряженности аккумуляторных батарей в процессе их производства и эксплуатации Сущность изобретения: трехфазный мостовой выпрямитель-умножитель напряжения зарядного источника выполнен в виде четырех тиристорно-конденсаторных и трех ди- одно-конденсаторныхцепей. Тиристорно-конденсаторные цепи подключены к выходным клеммам системы, так что три тиристора образуют катодную группу, а тиристор четвертой цепи подключен анодом к отрицательной выходной клемме, а катодом к нулевому выводу трехфазного источника переменного тока. Его фазовые обмотки подключены к промежуточным выводам диодно-конденсаторных цепей и через конденсаторы этих цепей - к одним входным зажимам мостового выпрямителя умножителя, а через диоды - к другим его зажимам. 1 ил. |С