Система электропитания Советский патент 1992 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств, в частности к системам питания нагрузок постоянным током, и может быть использовано в устройствах, не допускающих перерыва в электропитании,

Известна система электропитания, содержащая зарядной выпрямитель, выполненный в виде соединенных последовательно двух идентичных, управляемых от фазосдвигающих устройств тири- сторных выпрямителей, выходы которых подключены соответственно к двум соединенным последовательно и через датчики тока подключенным к выводам подключения нагрузки группам аккумуляторных батарей, устройство поочередного переключения батарей из режима заряда в режим разряда, выполненное в виде двух пороговых элементов, двух усилителей обратной связи, тиристорных выпрямителей,

усилителя сигнала обратной связи по выходному напряжению и статического триггера, нагрузкой которого служит реле с двумя группами контактов на переключение. Входы фазосдвигающих устройств тиристорных выпрямителей связаны через контакты указанного реле с выходами усилителей обратной связи тиристорных выпрямителей и усилителя обратной связи по выходному напряжению, входы которых связаны соответственно с выходами тиристорных выпрямителей и выводами подключения нагрузки. Входы пороговых элементов соединены с выходами соответствующих датчиков тока, а выходы пороговых элементов - с входами статического триггера.

Недостатки этой системы заключаются в том, что аккумуляторная батарея обладает пониженной разрядной емкостью, так как заряд одной из групп аккумуляторных батарей сопровождается одновременным

го ю

XI

рядом другой группы на нагрузку до минимального возможного напряжения. Кроме того, в ней оказывают влияние на режим заряда групп аккумуляторных батарей колебания напряжения зарядного выпрямителя в переходных режимах работы динамической нагрузки. Так, при пусках электродвигателей кратковременное снижение напряжения зарядного выпрямителя вызывает снижение тока заряда заряжаемой группы аккумуляторных батарей, что ведет к срабатыванию соответствующего порогового элемента, триггера и реле, которое преждевременно переключает группу аккумуляторных батарей из режима заряда в режим разряда. Это приводит к нарастающему недозаряду аккумуляторной батареи в процессе эксплуатации, потере емкости, снижению срока службы. Указанные недостатки отрицательно влияют на надежность системы электропитания при отказах зарядного выпрямителя, а также при проведении технического обслуживания, предпусковых и пусковых операций в случае применения ее на транспортном средстве.

Цель изобретения - повышение надежности путем увеличения разрядной емкости аккумуляторной батареи.

Выполнение системы электропитания с введением дополнительных элементов и их связей обеспечивает увеличение разрядной емкости аккумуляторной батареи, оказывающее положительное влияние на надежность работы системы.

Поставленная цель достигается тем, что в систему электропитания преимущественно для транспортных средств, содержащую зарядный выпрямитель, выполненный в виде соединенных последовательно первого и второго управляемых от фазосдвигающих устройств тиристорных выпрямителей, две группы аккумуляторных батарей, выводы подключения нагрузки, датчики, устройство поочередного переключения режимов заряда батарей, выполненное в виде первого и второго пороговых элементов, двух усилителей обратной саязи первого и второго тиристорных выпрямителей, первого усилителя сигнала обратной связи по выходному напряжению и статического триггера, нагрузкой которого служит первое реле с двумя группами контактов на переключение, причем выход первого усилителя сигнала обрат- ной связи по выходному напряжению связан через последовательно соединенные замыкающие и размыкающие контакты первой группы на переключение первого реле с выхода усилителя обратной связи первого тиристорного выпрямителя, а через последовательно соединенные размыкающие и замыкающие контакты второй группы на переключение - с выходом усилителя обратной связи второго тиристорного выпрямителя, входы усилителей обратной связи первого и второго тиристорных выпрямителей и первого усилителя сигнала обратной связи по выходному напряжению подключены соответственно к выходам первого и второго тиристорных выпрямителей и к

0 выводам подключения нагрузки, выходы первого и второго пороговых элементов соединены с входами статического триггера, дополнительно введены генератор переменного тока, первый,второй, третий диоды,

5 резистор, контактор, третий пороговый элемент, датчики напряжения, при этом выход зарядного выпрямителя соединен с выводами подключения нагрузки через первый диод, подключенный в прямом направлении к

0 плюсовому выводу зарядного выпрямителя, а первый и второй тиристорные выпрямители выполнены трехфазными с нулевым выводом соответственно катодного и анодного типа, вентильные блоки которых подсоеди5 нены к трехфазной, соединенной в звезду, обмотке генератора переменного тока, группы аккумуляторных батарей соединены последовательно через последовательно соединенные в зарядном направлении вто0 рой и третий диоды и подключены к выводам подключения нагрузки, причем второй и третий диоды шунтированы размыкающим контактом контактора, катушка которого связана с выходом третьего порогового эле5 мента, подключенного к выходу зарядного выпрямителя, а общая точка соединения второго и третьего диодов соединена через резистор с нулевым выводом обмотки генератора переменного тока, датчики напряже0 ния подключены параллельно группам аккумуляторных батарей и выходами соединены с входами первого и второго пороговых элементов устройства поочередного переключения режимов заряда батарей, ко5 торое снабжено дополнительно четвертым, пятым, шестым пороговыми элементами без самовозврата, элементом И, вторым реле с двумя группами контактов на переключение, вторым усилителем сигнала обратной

0 связи по выходному напряжению, причем четвертый пороговый элемент связан входом с выходом первого усилителя сигнала обратной связи по выходному напряжению, а выходом - с фазосдвигающими устройст5 вами первого и второго тиристорных выпрямителей, пятый и шестой пороговые элементы связаны входами с выходами соответственно первого и второго пороговых элементов, а выходами - с входами элемента И, нагрузкой которого служит второе реле

с двумя группами контактов на переключение, при этом вход фазосдвигающего устройства первого тиристорного выпрямителя включен через размыкающие контакты одной из групп на переключение второго реле с общими точками соединения замыкающих и размыкающих контактов первой группы на переключение первого реле, а через замыкающие контакты этой же группы второго реле - с выходом второго усилителя сигнала обратной связи по выходному напряжению, вход фазосдвигаю- щего устройства второго тиристорного выпрямителя включен через размыкающие контакты другой группы на переключение второго реле с общими точками соединения замыкающих и размыкающих контактов второй группы на переключение первого реле и через замыкающие контакты этой же группы второго реле с выходом второго уси- лителя сигнала обратной связи по выходному напряжению, соединенного входом с выводами подключения нагрузки.

На фиг. 1,2 представлена функциональная электрическая схема системы электро- питания; на фиг. 3-диаграммы напряжений и токов,характеризующие работу системы.

Система электропитания содержит (фиг. 1) генератор 1 переменного тока с трехфазной соединенной в звезду обмоткой 2, к которой подключены вентильные блоки 3 и 4 первого и второго трехфазных тиристорных выпрямителей (ТВ) 5 и 6 соответственно катодного и анодного типа с об- щим нулевым выводом (нулевой вывод обмотки 2). ТВ 5 и ТВ 6 оборудованы обратными диодами 7 и 8, фазосдвигающи- ми устройствами (ФСУ) 9 и 10, к выходам которых подключены управляющие перехо- ды тиристоров вентильных блоков 3 и 4. Зарядный выпрямитель 11 образован из ТВ 5 и ТВ 6 в виде трехфазного симметричного тиристорного моста и снабжен выходным LC-фильтром, собранным из сглаживающих дросселей 12 и 13 и батарей конденсаторов 14 и 15. Выход зарядного выпрямителя 11 соединен через первый диод 16с выводами 17 подключения нагрузки. Две группы аккумуляторных батарей (АВ)18 и 19 соединены последовательно через второй и третий диоды 20 и 21 и подключены к выводам 17 подключения нагрузки. Параллельно диодам 20 и 21 подключен размыкающий контакт 22 контактора, катушка 23 которого связана с выходом третьего порогового элемента 24, связанного входом с выходом зарядного выпрямителя 11, а общая точка соединения диодов 20 и 21 соединена через резистор 25 с нулевым выводом трехфазной

обмотки 2. Датчики 26 и 27 напряжения подключены параллельно АБ 18 и АБ 19.

Устройство 28 поочередного переключения режимов заряда батарей состоит из следующих элементов (фиг. 2).

Усилитель 29 обратной связи ТВ 5 связан выходом через последовательно соединенные размыкающие контакты первой группы на переключение первого и второго реле 30 и 31 с входом ФСУ 9, а усилитель 32 обратной связи ТВ 6 связан через последовательно соединенные замыкающие контакты второй группы на переключение реле 30 и размыкающие контакты второй группы на переключение реле 31 с входом ФСУ 10. Первый усилитель 33 сигнала обратной связи по выходному напряжению подключен через последовательно соединенные замыкающие контакты первой группы на переключение реле 30 и размыкающие контакты первой группы на переключение реле 31 с входом ФСУ 9, а через последовательно соединенные размыкающие контакты второй группы - на переключение реле 30 и реле 31 с входом ФСУ 10. Выход второго усилителя 34 сигнала обратной связи по выходному напряжению подключен через замыкающие контакты реле 31 к входам ФСУ 9 и ФСУ 10. Входы усилителей 29 и 32 подключены соответственно к выходам ТВ 5 и ТВ 6, причем вход усилителя 29 подключен к выходу ТВ 5 после диода 16. Входы усилителей 33 и 34 соединены с выводами подключения нагрузки. Первый и второй пороговые элементы 35 и 36 связаны входами с выходами датчиков 26 и 27. Выход порогового элемента 35 соединен с S-входом статического триггера 37, R-вход которого связан с выходом порогового элемента 36. Статический триггер 37 нагружен на реле 30. Четвертый пороговый элемент 38 без самовозврата соединен входом с выходом усилителя 33, а выходом - с ФСУ 9 и ФСУ 10. Пятый и шестой пороговые элементы 39 и 40 без самовозврата соединены входами с выходами элементов 35 и 36, а выходами - с входами элемента И 41, нагруженного на реле 31.

Датчики напряжения выполнены, например, в виде высокоомных делителей напряжения.

Пороговые элементы выполнены в виде устройств с релейной характеристикой вход- выход. Например, первый и второй пороговые элементы 35 и 36 выполнены в виде транзисторного ключа, нагруженного на резистор, с которого снимается выходной сигнал. Третий пороговый элемент выполнен, например, в виде входного высокоомного делителя напряжения, подсоединенного выходом через стабилитрон к

входу транзисторного усилителя, работающего в ключевом режиме. Четвертый, пятый, шестой пороговые элементы 38, 39, 40 выполнены, например, в виде тиристорных ключей, нагруженных на резисторы, с которых снимается выходной сигнал.

Принцип работы системы электропитания основан на поочередном заряде двух последовательно соединенных групп аккумуляторных батарей от зарядного выпрямителя с одновременной стабилизацией напряжения на нагрузке.

Система работает следующим образом.

Заряд АБ 18 и АБ 19 и питание нагрузки, подключенной к выводам 17, осуществляется от зарядного выпрямителя 11. По сигналу с датчика напряжения 26 (27) с выхода порогового элемента 35 (36) поступает сигнал на вход статического триггера 37, в результате чего происходит срабатывание (отпускание) реле 30. Контакты реле 30 переключают (ФСУ) 9, 10 к выходам усилителей 29, 32 сигнала обратной связи (ТВ) 5, 6, или к выходу усилителя 33 сигнала обратной связи по выходному напряжению. Сигналы с элементов 35 и 36 поступают также на входы пороговых элементов 39 и 40 без самовозврата, по сигналу с которых элемент И 41 включает реле 31. Контакты реле 31 переключают (ФСУ) 9, 10 к выходу усилителя 34 сигнала обратной связи по выходному напряжению. Усилители 29 и 32 обратной связи задают на выходе ТВ 5 и ТВ 6 стабилизированное напряжение, необходимое для заряда АБ 18 и АБ 19, а усилители 33 и 34 сигнала обратной связи по выходному напряжению с разными коэффициентами усиления задают номинальное напряжение на нагрузке. Пороговый элемент 24 включает катушку 23 контактора, который силовым размыкающим контактом 22 размыкает цепь шунтирования диодов 20 и 21, исключая разряд АБ 18 и АБ 19 на нагрузку. Напряжение срабатывания порогового элемента 24 настраивается на напря- жение, превышающее минимально допустимое напряжение на нагрузке. С выхода порогового элемента 38 без самовозврата в ФСУ 9 и ФСУ 10 подается сигнал на снятие управляющих импульсов с тиристоров ТВ 5 и ТВ 6. Срабатывание порогового элемента 38 настраивается на напряжение, пропорциональное напряжению, превышающему максимально допустимое напряжение на нагрузке.

Пусть после включения системы сигналы на выходе статического триггера 37 и элемента И 41 равны нулю. В этом случае реле 30 и реле 31 отключены. При превышении напряжения на выходе зарядного выпрямителя минимально допустимого напряжения на нагрузке срабатывает пороговый элемент 24, по сигналу с которого включается катушка 23 контактора, контакт 22 которого разрывает цепь шунтирования диодов 20 и 21. АБ 18, подключенная к ТВ 5, работающему в режиме стабилизации напряжения, необходимого для заряда, начинает заряжаться по цепи: плюсовой вывод ТВ 5 0 диод 16 - АБ 18 - диод 20 - резистор 25 - нулевой вывод обмотки 2 (общий выходной вывод ТВ 5 и ТВ 6). При этом на АБ 19 устанавливается напряжение ТВ 6, работающего в режиме стабилизации напряжения

5 на нагрузке. Это напряжение по величине меньше ЭДС АБ 19, разряд которой на нагрузку исключается запертым диодом 21, Поэтому АБ 19 разряжается только небольшим током саморазряда. Напряжение на на0 грузке равно сумме напряжений на выходах ТВ 5 и ТВ 6. По мере заряда АБ 18 снижается ток заряда и падение напряжения на резисторе 25, что ведет к увеличению напряжения на выводах АБ 18. При определенном

5 напряжении, определяющем окончание заряда, по сигналу с датчика 26 срабатывают пороговые элементы 35 и 39. По сигналу с порогового элемента 35 происходит переключение триггера 37 и реле 30, а пороговый

0 элемент 39 без самовозврата устанавливает на одном из входов элемента И 41 сигнал логической единицы. Реле 30 переключает ТВ 5 из режима стабилизации напряжения, необходимого для заряда АБ 18, в режим

5 стабилизации напряжения на нагрузке, а ТВ 6 - из режима стабилизации напряжения на нагрузке в режим стабилизации напряжения, необходимого для заряда АБ 19. АБ 19 начинает заряжаться по цепи: нулевой вы0 вод обмотки 2 (общий выходной вывод ТВ 5 и ТВ 6) - резистор 25 - диод 21 - АБ 19 - минусовый вывод ТВ 6. При этом АБ 18 разряжается незначительным током саморазряда, а разряд на нагрузку исключен

5 запертым диодом 20. При повышении напряжения на выводах АБ 19 до заданного значения срабатывают пороговые элементы 36 и 40. По сигналу с порогового элемента 36 переключаются триггер 37 и реле 30, а

0 пороговый элемент 40 без самовозврата устанавливает сигнал логической единицы на втором входе элемента И 41, который включает реле 31. Реле 31 размыкающими контактами отключает ФСУ 9 и ФСУ 10 от

5 усилителей 29, 32, 33, а замыкающими контактами соединяет (ФСУ) 9, 10 параллельно и подключает их к выводу усилителя 34 сигнала обратной связи по выходному напряжению. По сигналу с усилителя 34 обеспечивается стабилизация напряжения

на нагрузке, которым производится компенсационный подразряд АБ 18 и АБ 19. Для обеспечения компенсационного подразря- да количество последовательно соединенных аккумуляторов в АБ 18 и АБ 19 выбирается таким, чтобы напряжение компенсационного подразряда было равно номинальному напряжению на выводах 17.

Диод 16 обеспечивает развязку мощных нагрузок от аккумуляторной батареи, которые подключаются к выходу зарядного выпрямителя 11 со стороны анодного вывода диода 16 (не показаны).

При выходе из строя одного из тири- сторных выпрямителей 5 или б (напряжение равно нулю) по сигналу с порогового элемента 24 отключается катушка 23 контактора, который размыкающим контактом 22 подключает нагрузку к последовательно соединенным АБ 18 и АБ 19. При этом, если вышел из строя тиристорный выпрямитель, работающий в режиме стабилизации напряжений на нагрузке, происходит заброс напряжения на выводах 17, что приводит к срабатыванию порогового элемента 38, по сигналу с которого ФСУ 9 и ФСУ 10 снимают управляющие импульсы с ТВ 5 и ТВ 6, Возврат пороговых элементов 38,39,40 в исходное состояние производится отключением блока питания во время паузы в работе транспортного средства, например по сигналу с датчика пускового устройства первичного двигателя (не показаны).

Особенности работы предлагаемой системы на транспортном средстве поясняются диаграммами на фиг, 3, где Us - напряжение на выходе тиристорного выпрямителя 5; Ue - напряжение на выходе тиристорного выпрямителя 6; Ui - напряжение на выводах 17; Uie - напряжение на выводах батареи 18; U 19 - напряжение на выводах батареи 19; 1)24 - напряжение срабатывания порогового элемента 24; U35 напряжение срабатывания пороговых элементов 35 и 39; 1)зб - напряжение срабатывания пороговых элементов 36 и 40; Узе - напряжение срабатывания порогового элемента 38; lie - ток батареи 18; Иэ - ток батареи 19; Тр - время работы транспортного средства; Тп - время паузы в работе транспортного средства.

Как видно из фиг. 3, в начальный момент заряда АБ 18(19) ток имеет максимальное значение при стабилизированном напряжении ТВ 5 (6). При этом падение напряжения на резисторе 25 также максимально, а напряжение на выводах АБ 18(19) имеет максимальное значение, так как оно равняется разности между выходным напряжением ТВ 5(6) и падение напряжения на резисторе

25(безучета падения напряжения надиодах 20 и 21). По мере заряда АБ 18(19) растет ЭДС поляризации и снижается ток заряда. При этом уменьшается падение напряжения на резисторе 25, что приводит к росту напряжения на выводахАБ 18(19). Напряжение на выходах 17 равно сумме напряжений на выходе ТВ 5 и ТВ 6 и стабилизируется на постоянном уровне.

0 При компенсационном подзаряде выходные напряжения ТВ 5 и ТВ 6 равны между собой, а их сумма равна номинальному напряжению на нагрузке. Ток АБ 18 в начальный период компенсационного подза5 ряда имеет повышенное значение из-за предшествующего саморазряда. По мере компенсации саморазряда ток снижается до установившегося значения. При этом ток через резистор 25 снижается до нуля. В пе0 риод паузы в работе транспортного средства АБ 18, 19 разряжаются током саморазряда и токами нагрузок, необходимых для технического обслуживания, проведения предпусковых и пусковых операций.

5 Формула изобретения

Система электропитания, преимущественно для транспортных средств, содержащая зарядный выпрямитель, выполненный в виде соединенных последовательно пер0 вого и второго управляемых от фазосдвига- ющих устройств тиристорных выпрямителей, две группы аккумуляторных батарей, вывод подключения нагрузки, датчики, устройство поочередного переключе5 ния режимов заряда батарей, выполненное в виде первого и второго пороговых элементов, двух усилителей обратной связи первого и второго тиристорных выпрямителей, первого усилителя сигнала обратной связи

0 по выходному напряжению и статического триггера, нагрузкой которого служит первое реле с двумя группами контактов на переключение, причем выход первого усилителя сигнала обратной связи по выходному на5 пряжению связан через последовательно соединенные замыкающие и размыкающие контакты первой группы на переключение первого реле с выходом усилителя обратной связи первого тиристорного выпрямителя, а

0 через последовательно соединенные размыкающие и замыкающие контакты второй группы на переключение - с выходом усилителя обратной связи второго тиристорного выпрямителя, входы усилителей обратной

5 связи первого и второго тиристорных выпрямителей и первого усилителя сигнала обратной связи по выходному напряжению подсоединены соответственно к выходам первого и второго тиристорных выпрямителей и к выводам подключения нагрузки, выходы первого и второго пороговых элементов соединены с входами статического триггера, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем увеличения разрядной емкости аккумуляторной бата- реи, в систему дополнительно введены генератор переменного тока, первый, второй, третий диоды, резистор, контактор, третий пороговый элемент, датчики напряжения, при этом выход зарядного выпрямителя со- единен с выводами подключения нагрузки через первый диод, подключенный в прямом направлении к плюсовому выводу зарядного выпрямителя, а первый и второй тиристорные выпрямители выполнены трех- фазными с нулевым выводом соответственно катодного и анодного типа, вентильные блоки которых подсоединены к трехфазной, соединенной в звезду, обмотке генератора переменного тока, группы аккумулятор- ных батарей соединены последовательно через последовательно соединенные в зарядном направлении второй и третий диоды и подключены к выводам подключения нагрузки, причем второй и третий диоды шун- тированы размыкающим контактом контактора, катушка которого связана с выходом третьего порогового элемента, подключенного входом к выходу зарядного выпрямителя, а общая точка соединения второго и третьего диодов соединена через резистор с нулевым выводом обмотки генератора переменного тока, датчики напряжения подключены параллельно группам аккумуляторных батарей и выходами соеди- йены с входами первого и второго пороговых элементов устройства поочередного переключения режимов заряда батарей, которое снабжено дополнительно четвертым,

пятым, шестым, пороговыми элементами без самовозврата, элементом И, вторым реле с двумя группами контактов на переключение, вторым усилителем сигнала обратной связи по выходному напряжению, причем четвертый пороговый элемент связан входом с выходом первого усилителя сигнала обратной связи по выходному напряжению, а выходом - с фазосдвигающи- ми устройствами первого и второго тиристорных выпрямителей, пятый и шестой пороговые элементы связаны входами с выходами соответственно первого и второго пороговых элементов, а выходами - с входами элемента И, нагрузкой которого служит второе реле с двумя группами контактов на переключение, при этом вход фа- зосдвигающего устройства первого тиристорного выпрямителя включен через размыкающие контакты одной из групп на переключение второго реле с общими точками соединения замыкающих и размыкающих контактов первой группы на переключение первого реле, а через замыкающие контакты этой же группы второго реле - с выходом второго усилителя сигнала обратной связи по выходному напряжению, вход фазосдвигающего устройства второго тиристорного выпрямителя включен через размыкающие контакты другой группы на переключение второго реле с общими точками соединения замыкающих и размыкающих контактов второй группы на переключение первого реле и через замыкающие контакты этой же группы второго реле - с выходом второго усилителя сигнала обратной связи по выходному напряжению, соединенного входом с выводами подключения нагрузки.

28

фигЛ

Использование: повышение надежности питания электрооборудования транспортных средств постоянного тока. Сущность изобретения: устройство поочередного переключения режимов заряда батарей (28) осуществляет по сигналу с датчиков (26,27) напряжения переключение одного из выпрямителей тиристорного моста (5, 6) в режим стабилизации напряжения, необходимого для заряда соответствующей группы аккумуляторных батарей, а другого - в режим стабилизации напряжения на нагрузке (17). После заряда обеих групп аккумуляторных батарей оба выпрямителя тиристорного моста переключаются в режим стабилизации напряжения на нагрузке. Контактор (23) подключает нагрузку к аккумуляторной батарее при снижении напряжения зарядного выпрямителя (11), Диод

Фиг. 2.

Ve Vig

Фи 5