Устройство для питания нагрузки постоянным током Советский патент 1976 года по МПК H02J7/34 

Изобретение относится к обеспечению питания потребителей постоянного тока на транспортных средствах. Известно устройство для питания потреб телей постоянного тока и заряда а1ску$у1уляторных батарей, содержащее питающий тран форматор, выпрямитель, подключенный к потребителям и батареям, сглаживающий дроссель, включенный между выпрямителем и потребителями, и два тиристора, подключенные к трансформатору, с управляющим уст ройством, обеспечивающим регулирование напряжения питания потребителей и напряжение заряда аккумуляторной батареи с ограничением тока 1. Известно также устройство для питания нагрузки постоянным током, например на транспортном средстве, содержащее питающий трансформатор, аккумуляторную батарею выпрямитель, подключенный к нагрузке и к батарее, сглаживающий дроссель, включенный между выпрямителем и нагрузкой, два тиристора и систему управления этими тиристорами, обеспечивающ5ю стабилизацию напряжения и ограничение тока, , В известных устройствах требования оптимизации зарядного режима противоречат требованиям стабилизации напряжения питания потребителей, что затрудняет их реализаиню. Недостаток известных устройств заключается также в том, что отказы тиристоров или их управляющих систем приводят к необходимости перевода аккумуляторной батареи в режим разряда. При этом работоспособность установки может быть обеспечена гшщь кратковременно. С целью повыщения стабильности напряжения питания потребителей, оптимизации режлма заряда батарей и повыщения надежности система управления тиристорами предлагаемого устройства выполнена в виде двух блоков, а одноименные полюса тиристоров разделены сглаживающим дросселем и разделительным диодом, причем один из тиристоров подключен к точке соединения выпрямителя и сглаживающего дросселя, а его управляющая цепь подсоединена к одному из 6noKOBj выполненному с обратной связью по напряжению потребителей; другой тиристор подключен к точке соединения одноименного полюса разделительного диода и батареи, а его управляющая цепь соединена со вторым блоком,выполненным с обратной связью по напряжению батареи и с коррекцией по температуре батареи или ок ружающей среды. С целью повышения точности регулирова ния, блоки управления тиристорами выполнены с коррекцией по напряжению трансформатора. С целью более полного использования мощности трансформатора и ускорения заряда на вход блока управления второго тиристора подключен датчик тока первичной цепи питающего трансформатора. На чертеже приведена схема предлагаемого устройства. Ко вторичной обмотке питающего трансформатора 1 подключен выпрямитель 2, один полюс которого связан с точкой соединения нагрузки 3 и аккумуляторной батареи 4, а другой с дросселем 5, сглаживающим напря жение питания нагрузки, Аноды тиристоров 6,7 подключены к кра ним выводам вторичной обмотки трансформатора 1 через предохранители 8,9, а их катоды разделены сглаживающим дросселем 5 и разделительным диодом 10, причем катод тиристора 6 подключен к плюсовому по- люсу выпрямителя 2, а катод тиристора 7 - к плюсовому полюсу батареи. На вход блока 11, управляющего тирист ром 6, подаются сигнал обратной связи по напряжению питания нагрузки XJri и сигнал, пропор порциональный напряжению трансформатора Цр На вход блока 12, управляющего тиристором 7, подаются сигналы обратной связи по напряжению батареи U,по току 3. , а также сигнал, пропорциональный напряжению транс форматора UT , и сигнал коррекции по тем пературе батареи или окружающей среды. Для ограничения тока соответствующий вход блока 12 подключен к трансформатору тока 13, контролирующек1у ток 3 первич Ной обмотки трансформатора 1. Для коррекции по напряжению трансформатора U соответствующие входы управля ющих блоков подключены к плечам выпрямителя 2, напряжение на которых пропорционально напряжению на входе трансформатора, а для коррекции; по температуре -Ь соответствующий вход блока 12 подключен к датчику 14, контролирующему температуру аккумуляторной батареи или окружающей среды. Выпрямленное напряжение и.„ на входе фильтра в одаш из лолуперирдов обусловлено напряжением и , полученным от двух секц вторичной обмотки трансформатора 1, а в другой попупериод - напряжением U одной секции трансформатора, если тиристор 6 закрыт, или напряжение Uj трех секций трансформатора, если тиристор 6 открыт. Изменение угла управления oL тиристора 6 с помощью блока 11 позволяет поддерживать постоянным среднее выпрямленное напряжение при изменении питающего напряжения с кратностью, оцределшемой соотнощением Uj + U / U (J . Ток заряда батареи в один из полупериодов обусловлен импульсом тока, протекающим через тиристор 7 и вентиль выпрямителя 2, подкшоченный к точке соединения второй и третьей секций трансформатора, в интервале, когда напряжение U двух секций превыщает э.д.с. батареи S g . В другой полупериод импульс зарядного тока протекает через выпрямитель 2 и тиристор 6, дроссель 5 и диод 10 в интервале, когда напряжение на выходе фильтра U превышает э.д.с. батареи е . Изменение угла управления oL тиристора 7 с помощью блока 12 обеспечивает стабилизацию среднего конечного напряжения заряда батареи, а также его изменение в функции температуры. При разряженной батарее среднее напряжение заряда ниже, чем при заряженной батарее благодаря чему ограничиваются начальные токи зарядов батареи. Когда к установке подключены нагрузка относительно большой суммарной мощности или несколько разряженных аккумуляторных батарей, так что общий ток трансформатора становится больще номинального и сигнал датчика тока 13 становится выще установки токоограничения блока 12, тогда уменьщается угоп управления тиристора 7, снижаются средние напряжения и ток заряда аккумуляторных батарей и таким образом ограничивается общий потребляемый ток. Так как максимальные токи заряда аккумуляторных батарей транспортных средств, как правило, соизмеримы с номинальным током нагрузки установки, ограничение токов заряда батареи в режимах пиковой нагрузки потребителей позволяет обеспечить защиту трансформатора и всего устройства от перегрузки без каких-либо автоматических или неавтоматических откгаочений. В частности, для рассматриваемой схемы это позволяет избежать перегорания плавких предохранителей при разряженной батарее. К одному устройству можно подключить параллельно несколько аккумуляторных батарей с суммарным номинальным токам заряда, равным номинальному току нагрузки установки или превышающим его. Так как ограничение начальных токов заряда обеспечивается без датчиков тока батареи, аккумуляторные батареи, расположенные на прицепных трайспортных единицаХз включенных параллельно, можно зарядить без дополнительных межсекционных проводов. Ток устройства можно ограничить,не сни жая напряжения питания нагрузки, независимо от состояния аккумуляторных батарей, их количества и обшей емкости. В режимах относительно малой нагрузки, когда часть потребителей отключена, резерв мощности устройства может быть использован для ускоренного заряда аккумуляторных батарей В случае отказа тиристора 6 или его управляющего блока и отключения предохранителя 8 может быть обеспечено питание нагрузки с понижением напряжения от выпрямителя 2, без перевода батареи в режим разряда, что позволяет поддержать длительную работоспособность транспортного средства без дополнительного резервирования, 8случае отказа тиристора 7 или его управ ляющего блока и отключения предохранителя 9сохраняется подзаряд аккумуляторной бат реи импульсами тока через диод 1О. Хотя конечное напряжение заряда в этом случае ниже нормального, батарея поддерживается в состоянии, при котором она способна отдать значительную часть емкости. Аккумуляторная батарея используется для питания нагрузки при отсутствии переменного напряжения. В этом случае нагрузк получает питание через переключающий зле- мент 15, щунтирующий диод 10. Коррекция по напряжению питающего трансформатора в блоках 11 и 12 позволяет ком пенсировать статизм регуляторов напряже- ния потребителей и батареи и обеспечить высокую точность стабилизации при хорощих динамических характеристиках, В переходных режимах аккумуляторная батарея ограничивает ком мутационные перенапряжения на нагрузке, так как, когда напряжение становится выше з.д.с. батареи, циод 10 отпирается. Формула изобретения 1. Устройство для питания нагрузки посто- янным током, например на транспортном средстве, содержащее питающий трансформатор, аккумуляторную батарею, выпрямитель подключенный к нагрузке и к батарее, сглаживающий дроссель, включенный выпрямителем и нагрузкой, два тиристора и систему управления этими тиристорами, обес«печиваюшую стабилизавдю напряжения и ограничение тока, отличающееся тем,что, с целью повышения стабильности напряжения питания потребителей, оптимизации режима заряда батарей и повышения надежности, система управления тиристорами выполнена в виде двух блоков, а одноименные полюса тиристоров разделены сглаживающим дросселем и разделительным диодом, причем один из тиристоров подключен к точке соединения выпрямителя и сглаживающего дросселя, а его управляющая цепь подсоединена к одному из блоков, выполненному с обратной связью по напряжению потребителей, другой тиристор подключен к точке соединения одноименного полюса разделительного диода и батареи, а его управляющая цепь соединена со вторым блоком, выполненным с обратной связью по напряжению батареи и с коррекцией по температуре батареи или окружающей среды. 2.Устройство по п. 1, отлича ю- ш е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования, блоки управления тиристорами выполнены с коррекцией по напряжению трансформатора. 3.Устройство по п. 1, отлича юш е е с я тем, что, с целью более полного использования мошности трансформатора и ускорения заряда батареи, на вход блока управления вторым тиристором подключен датчик тока первичной цепи питающего трансформатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1,Регулируемый вспомогательный источник питания на тиристорах для электропоездов переменного тока/А О MEitEiCung-En , 1963, № 3/4, стр. 111. 2.Зарядное устройство на тиристорах для батарей электровоза серии 103. 4o1tOTnot-ivieclTni1 p.968, т.92, № 3, стр. 54-58.

л.//- ijr534828