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 (АБ).

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 инверсный выходы которого соединены с управляющими входами тиристора, два дополнительных ти- ристора, включенные между второй обкладкой упомянутых конденсаторов и выводами противоположной полярности первой и второй АБ и два элемента задержки. Первый элемент задержки выходом соединен с управляющим входом дополнительного тиристора, 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 ко второй АБ.

Это устройство обеспечивает питание нагрузки постоянным током путем поочередного подключения к ней одной из двух АБ. В паузах между разрядами АБ подзаряжаются (деполяризуются) импульсом тока, обеспечивающим повышение отдачи батареи по энергии. Формирование деполяризующего импульса осуществляется за счет энергии АБ.

Недостатком устройства является низкое качество питающего нагрузку напряжения, обусловленное всплесками (выбросами) напряжения на первичной обмотке трансформатора при отключении АБ от нагрузки. Величина импульсного напряжения в момент отключения равна сумме напряжения АБ и ЭДС самоиндукции

VI

Ч) 00

о VI

первичной обмотки трансформатора. Кроме того, указанные выбросы напряжения затрудняют выключение полностью управляемых тиристоров и создают предпосылки для вывода их из строя. Поэтому гтзрым недостатком устройства является низкая надежность, проявляющаяся в жёстких условиях работы коммутационных элементов, вызывающих преждевременный ЁЫХОД из строя.

Цель изобретения - повышение надежности и качества питающего напряжения за счет заряда накопительного конденсатора в интервале питания нагрузки от АБ и блокировки переходных процессов при отключении АБ дополнительным диодом.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для питания нагрузки полностью управляемые тиристоры соединены непосредственно с аккумуляторными батареями, а дополнительные диоды шунтируют это соединение. Отличительные признаки устройства обеспечивают достижение нового положительного эффекта - повышение надежности и качества напряжения за счет перехода от работы трансформаторов в режиме накопителя энергии к режиму согласованной передачи энергии в конденсаторы для лодзаряда АБ в интервалы ее разряда на нагрузку и стабилизации напряжения нагрузки за счет остаточной энергии трансформаторов, а также путем исключения импульсных выбросов напряжения на коммутационных элементах.

На чертеже показана функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство для питания нагрузки содержит АБ 1, 2, полностью управляемые тиристоры 3, 4, трансформаторы 5, б, конденсаторы 7. 8, диоды 9-12, дополнительные тиристоры 13, 14, генератор импульсов 15, триггер 16 и элементы задержки 17,18. АБ 1,2,через полностью управляемые тиристоры 3, 4 и первичные обмотки 19, 20 трансформаторов 5, 6 подключены к нагрузке 21. Вторичные обмотки 22, 23 через диоды 9, 10 соединены с обкладками конденсаторов 7, 8. Последовательное соединение полностью управляемых тиристоров 3, 4 и АБ 1, 2 шунтировано диодами 11, 12. Дополнительные тиристоры 13, 14 шунтируют последовательное соединение конденсаторов 7, 8 и АБ 1, 2. Генератор импульсов 15 выходом связан со счетным входом триггера 16, прямой и инверсный выходы которого соединены с 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 с прямым sjbr-

ходом триггера 16, а выходом подключен к управляющему входу тиристора 14. Формирование и подача сигналов управления на тиристоры 3, 4, 13, 14 может производиться триггером 16, в плечи которого включены полуобмотки трансформатора, вторичные обмотки которого через диоды и сопротивления подключены к управляющим входам тиристоров. Элементы 17, 18 служат для за0 держки подачи сигналов на управляющие входы тиристоров 13, 14 и могут быть выполнены в виде LC-звеньев, соединенных между собой последовательно. Число звеньев определяется из требуемого време5 ни задержки. Соотношение числа витков первичных обмоток 19, 20 и вторичных обмоток 22, 23 выбирается таким, чтобы напряжение конденсаторов 7, 8 после заряда не менее, чем вдвое превышало напряже0 ние АБ 1,2. Под .действием сигналов генератора импульсов 13 на прямом и инверсном выходах триггера 16 поочередно вырабатывается сигнал управления тири- сторами 3, 4.

5 Устройство работает следующим образом.

Интервал времени, в течение которого сигнал управления действует на прямом или инверсном выходах триггера 16, будем на0 зывать тактом. В первом и последующих нечетных тактах сигнал управления вырабатывается на прямом выходе триггера 16. Под действием этого сигнала тиристор 3 открывается и подключает АБ 1 через транс5 форматор 5 к нагрузке 21. Ток нагрузки протекает по цепи 1-3-19-21-1. Во вторичной обмотке 22 трансформатора 5 наводится ЭДС, от которой заряжается конденсатор 7 (полярность показана на чертеже) по цепи

0 22-9-7-22. В момент включения тиристора 3 от нагрузки 21 отключается АБ 2, так как сигнал с прямого выхода триггера запирает тиристор 4. Остаточная магнитная энергия трансформатора б при этом передается в

5 нагрузку 21 по цепи 20-21-12-20, поддерживая в переходный период ее напряжение неизменным. По окончании времени задержки сигнала управления элементом 18 он подается на тиристор 14. Тиристор 14 от0 крывается и подключает конденсатор 8 к АБ 2. Через АБ 2 протекает подзарядный импульс тока, При снижении напряжения конденсатора 8 до условия напряжения АБ 2 тиристор 14 самостоятельно выключается, С

5 поступлением очередного импульса с генератора 15 триггер 16 изменяет состояние и сигнал управления вырабатывается на инверсном его выходе. Этому моменту соответствует начало второго (четного) такта работы.

Под действием сигнала управления ти- ристор 4 подключает через трансформатор 6 к нагрузке 21 АБ 2. Ток нагрузки протекает по цепи 2-4-20-21-2. Во вторичной обмотке 23 трансформатора 6 наводится ЭДС, благодаря которой конденсатор 8 заряжается в переходный период по цепи 23-10-8- 23. По сигналу триггера 16 в этом такте тиристор 3 закрывается и отключает АБ 1 от нагрузки 21. Одновременно остаточная маг- нитная энергия трансформатора 5 передается в нагрузку 21 по цепи 19-21-11-19. Спустя время задержки элемент 17 подает сигнал управления на тиристор 13, который открывается и подключает конденсатор 7 к АБ 1, Через АБ 1 протекает подзарядный импульс тока, При выравнивании напряжения на конденсаторе 7 и АБ 1 тиристор 13 закрывается, С поступлением очередного сигнала с генератора 15 на триггер 16 его состояние изменяется и начинается третий такт. Далее работа устройства повторяется.

В предлагаемом устройстве подзарядный импульс тока действует на АБ 1, 2 непосредственно перед подключением к нагрузке21. Повышение напряжения АБ достигается за счет деполяризующего действия подзарядного импульса. Как правило, для эффективной деполяризации АБ требуется большая амплитуда импульса тока при малой длительности и определенная частота импульсов, т.е. затраты энергии на деполяризацию невелики. В предлагаемом устройстве заряд конденсаторов 7, 8 осуществляется за счет энергии переходных про- цессов в трансформаторах 5, 6 при их подключении к АБ 1, 2. При этом достаточная для деполяризации энергия обеспечивается за счет выбора материала магнитопровода трансформаторов 5, 6 и числа витков первичных обмоток 19, 20. Переход в трансформаторах 5, 6 от накопительного режима работы к режиму согласованной передачи энергии в конденсаторы 7, 8 и нугрузку 21 обеспечивает по- вышение надежности (за счет блокировки коммутационных элементов) и повышение качества напряжения нагрузки 21 путем передачи в нее остаточной магнитной энергии трансформаторов 5, 6.

При частоте переключения 30-60 Гц пульсации напряжения нагрузки уменьшены в 2-3 раза. Импульсные выбросы напряжения на нагрузке на осциллограмме не зафиксированы.

Преимущественная область использования изобретения - системы электропитания автономных объектов.

Формула из р е те н и я

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 и 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 тиристо- ров, 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, и 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 и качества напряжения питания, введены дополнительные диоды, при этом полностью управляемые тиристоры соединены непосредственно с аккумуляторными батареями, а дополнительные диоды шунтируют эти соединения.

Использовано: системы электропитания на основе аккумуляторных батарей. Сущность изобретения: подключение обмоток трансформаторов к нагрузке через рекуперативные диоды, позволяющие дослать в нагрузку энергию, накопленную в трансформаторах при заряде конденсаторных накопителей. 1 ил.