Устройство для питания нагрузки Советский патент 1993 года по МПК H02J7/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам электропитания, включающим в качестве первичного источника электроэнергии аккумуляторные батареи (А Б).

Известно устройство для питания нагрузки, содержащее две АБ, подключенные через полностью управляемые тиристоры к выходным зажимам, два трансформатора, первичные обмотки которых включены в цепи АБ, а вторичные обмотки шунтированы последовательным соединением диода и конденсатора, одной обкладкой связанного с выводом батареи, в цепь которой включена первичная обмотка, генератор импульсов, выходом подключенный к счетному входу триггера, прямой и инвесрный выходы которого соединены с управляющими входам) тирибто ов, два дополнительных тиристО ра, включенные между второй об- кл адкоЙ упомя нут ых конденсаторов и выводами противоположной полярности первой и второй АБ и два элемента задержки. Первый элемент задержки выходом соединен с управляющим входом дополнительного ти- ристора, связанного с первой АБ, а входом подключен к инверсному выходу триггера. Второй элемент задержки входом соединен с прямым выходом триггера, а входом связан с управляющим входом дополнительного тиристора, подключенного к второй АБ. Известное устройство обеспечивает питание нагрузки постоянным током путем поочередного подключения к ней одной из двух АБ. В паузах между разрядами АБ подзаряжаются (деполяризуются) импульсбм тока, обеспечивающим повышение отдачи батареи по энергии. Формирование деполяризующего импульса осуществляется за счет энергии АБ. ; 1-

Однако это устройство имеет следующие недостатки. Трансформаторы используются в устройстве в качестве промежуточных нако- пителей энергии, так как заряд конденсаторов производится в момент отключения АБ от нагрузки за счет энергии трансформатоел С

vi ю

со ю (

ров, что обусловливает их большую массу и габариты существенно влияет на удельные энергетические показатели устройства. Кроме того, накопление энергии за счет тока в первичных обмотках трансформаторов затрудняет выключение полностью управляемых тиристоров и требует избыточной энергии в цеп5Г суправления и выбора тири- еторов повышенного типоразмера. Поэтому эффект, связанный 8 деполяризацией АБ при разряде, снижается вследствие низких удельных энергетических показателей элементов автоматики. Включение накопителя энергии (трансформатора) последовательно с нагрузкой обусловливает низкое качество питающего нагрузку напряжения. Таким образом, недостатками устройства являются низкие удельные энергетические показатели и низкое качество питающего нагрузку напряжения.

Цель изобретения - устранение отмеченных недостатков, а именно: повышение удельных энергетических показателей и качества питающего напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для питания нагрузки вторичные обмотки трансформаторов выполнены с отводами от части витков, причем последовательное соединение конденсаторов и диодов шунтирует связанные с отводами части вторичных обмоток, вторые выводы которых через дополнительные диоды подключены к общим точкам упомянутых конденсаторов и диодов. Отличительные признаки предложенного устройства обеспечивают передачу разрядной импульсной энергии АБ в накопительные конденсаторы в момент подключения нагрузки к АБ, когда она имеет повышенное напряжение и снижают долю передаваемой энергии трансформаторов при отключении АБ от нагрузки. Снижение накопительных функций трансформаторов обеспечивает повышение удельных энергетических показателей устройства и повышение качества напряжения нагрузки.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Устройство для питания нагрузки содержит АБ 1,2, полностью управляемые ти- ристоры 3, 4, трансформаторы 5, 6, конденсаторы 7, 8, диоды 9-12, дополнительные тиристоры 13, 14, генератор импульсов 15, триггер 16 и элементы задержки 17, 18. АБ 1,2 через первичные обмотки 19, 20 трансформаторов 5, 6 и полностью управляемые тиристоры 3, 4 подключены к нагрузке 21, Вторичные обмотки, 22, 23 снабжены отводами 24,25. Части вторичных обмоток, связанные с отводами 24, 25, шунтированы последовательным соединением

конденсаторов 7, 8 диодов 9, 10. ВтороР вывод вторичных обмоток 22, 23 через диоды 11, 12 подключен к общей точке конденсаторов 7,8 и диодов 9,10. Дополнительные

тиристоры 13,14 шунтируют последовательное соединение АБ 1, 2 и конденсаторов 7, 8. Генератор импульсов 15 выходом связан со счетным входом триггера 16, прямой и инверсный выходы которого соединены с

0 управляющими входами тиристоров 3, 4. Элемент задержки 17 входом подключен к инверсному выходу триггера 16, а выходом связан с управляющим входом тиристора 13. Элемент задержки 18 входом соединен

5 с прямым выходом триггера 16, а выходом подключен к управляющему входу тиристора 14. Элементы 17, 18 служат для задержки подачи сигналов на управляющие входы тиристоров 13, 14. Они могут быть выполнены

0 в виде каскадных LC-звеньев, конечное из которых является согласующим трансформатором, обеспечивающим гальваническую развязку цепей управления тиристоров. Под действием сигналов генератора импульсов

5 15 на прямом и инверсном выходах триггера 16 поочередно вырабатываются сигналы управления тиристорами 3, 4.

Устройство работает следующим образом.

0 Интервал времени, в течение которого сигнал управления действует на прямом или инверсном выходах триггера 16, будем называть тактом, В первом и последующих нечетных тактах сигнал управления выраба5 тывается на прямом выходе триггера 16. Под действием сигнала управления тири- стор 3 открывается и подключает АБ1 к нагрузке 21. Ток нагрузки протекает по цепи 1-19-3-21-1. Во вторичной обмотке 22

0 трансформатора 5 наводится ЭДС, заряжающая конденсатор 7 по цепи 22-11-7-24- 22. Кроме того, в электромагнитном поле трансформатора 5 запасается некоторая энергия, пропорциональная квадрату мгно5 венного значения тока нагрузки 21. В момент включения тиристора 3 от нагрузки 21 отключается АБ 2, так как сигнал с прямого выхода триггера 16 запирает тиристр 4. При уменьшении тока обмотки 20 на выводах

0 вторичной обмотки 23 наводится ЭДС за счет энергии, запасенной в магнитном поле трансформатора 6 в предыдущем (четном) такте, которая через диод 10 прикладывается к конденсатору 8 и дозаряжает его до

5 расчетного уровня напряжения по цепи 23- 10-8-25-23. Параметры трансформаторов 5, 6 (соотношение числа витков обмоток) выбираются таким образом, чтобы напряжение конденсаторов 7, 8 не менее, чем вдвое превышало напряжение АБ 1, 2.

По окончании времени задержки сигнала управления элементов 18 он подается на вход тиристора 14. Тиристр 14 открывается и подключает конденсатор 8 к АБ 2. Через АБ 2 протекает подзарядный импульс тока. При снижении напряжения конденсатора 8 до уровня напряжения АБ 2 тиристр 14 самостоятельно выключается. С поступлением очередного импульса с генератора 15 триггер 16 изменяет состояние и сигнал уп- равления вырабатывается на инверсном его выходе. Этому моменту соответствует начало второго (четного) такта работы. Под действием сигнала управления тиристр 4 подключает АБ 2 к нагрузке 21. Ток нагрузки протекает по цепи 2-20-4-21-2, Во вторичной обмотке 23 трансформатора б наводится ЭДС,заряжающая частично конденсатор 8 по цепи 23-10-25-23. Одновременно в электромагнитном поле трансформатора 6 запасается другая часть энергии для заряда конденсатора 8, пропорциональная квадрату мгновенного значения тока нагрузки 21. 8 момент появления сигнала на инверсном выходе триггера 16 тиристор 3 запирается и отключает АБ 1 от нагрузки 21. При уменьшении тока обмотки 19 на вторичной обмотке 22 наводится ЭДС, которая дозаряжает конденсатор 7 до расчетного уровня напряжения по цепи 22-9-7-24-22. Спустя время задержки элемент 17 подает сигнал управления на вход тиристора 13, который открывается и подключает конденсатор 7 к АБ 1. Через АБ 1 протекает подзарядный импульс тока. При выравнивании напряжения кон- денсатора 7 и АБ 1 тиристор 13 самостоятельно закрывается. С поступлением очередного сигнала генератора 15 на вход триггера 16 его состояние изменяется и начинается третий такт. Далее работа устрой- ства повторяется,

В предлагаемом устройстве заряд конденсаторов 7, 8 осуществляется как при подключении АБ 1, 2 к нагрузке 21, так и при ее отключении. Вследствие изменения на- копительного режима использования трансформаторов 5, 6 их массо-габаритные характеристики уменьшаются. Улучшаются условия выключения полностью управляемых тиристоров 3, 4, что снижает их массу и затраты энергии на выключение. Кроме того, ослабление накопительных функций трансформаторов 5, 6 повышает качество напряжения на нагрузке 21 за счет исключения высоковольтных всплесков напряже- ния. Подзаряд АБ перед подключением к нагрузке повышает ее разрядное напряжение, а следовательно, и напряжение нагрузки, и имеет место более полная передача

энергии батареи в нагрузку. Отмеченные особенности обусловливают повышение удельных энергетических показателей устройства за счет более полного проявления эффекта динамического разряда АБ (снижения массы и габаритов элементов автоматики) и повышение качества напряжения.

Устройство имеет лучшие удельные энергетические показатели и повышенное качество питающего напряжения. Указанные преимущества достигнуты благодаря более полному использованиютрансформа- торов и снижению их функций как накопителей энергии,.включенных последовательно с нагрузкой. При частоте переключения тиристоров 30-40 Гц масса трансформаторов снижена примерно на 20%, а амплитуда всплесков напряжения уменьшена в 2,5-3 раза.

Преимущественная область использования изобретения - системы электропитания автономных объектов.

Формула изобретения

Устройство для питания нагрузки, содержащее две аккумуляторные батареи, подключенные через полностью управляемые тиристоры к выходным зажимам, два трансформатора, первичные обмотки которых включены в цепи аккумуляторных батарей, а вторичные обмотки шунтированы последовательным соединением диода л конденсатора, одной обкладкой связанного с выводом батареи, в цепь которой включена первичная обмотка трансформатора, генератор импульсов, выходом подключенный к счетному входу триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены с управляющими входами тиристоров, два дополнительных тиристора, включенные между второй обкладкой упомянутых конденсаторов и выводами противоположной полярности первой и второй батарей, и два элемента задержки, причем первый элемент задержки выходом соединен с управляющим входом дополнительного тиристора, связанного с первой батареей, а входом подключен к инверсному выходу триггера, второй элемент задержки входом соединен с прямым выходом триггера, а выходом связан с управляющим входом дополнительного тиристора, подключенного к второй аккумуляторной батарее, отличающееся тем, что, с целью повышения удельных энергетических показателей, вторичные обмотки трансформаторов выполнены с отводами от части витков и введены дополнительные диоды, образующие совместно с диодноконденсаторными цепями нулевые схемы выпрямления.

га

т

са

Использование: системы электропитания на основе аккумуляторных батарей. Сущность изобретения: при поочередном разряде двух аккумуляторных батарей на общую нагрузку одновременно производится заряд промежуточного конденсаторного накопителя энергии через нулевую схему выпрямления. Во время пауз в работе батарей производится их подзаряд от конденсаторного накопителя. 1 ил.