Устройство для питания наргузки постоянным током Советский патент 1977 года по МПК H02J7/34 

1

Известны устройства для питания нагрузки постоянным током, выпрямляемым при помощи управляемого двухполупериодного выпрямителя, в которых часто применяют емкостной фильтр, сглаживающий пульсации выирямленного тока источника Ij.

В этих устройствах нагрузка питается током источника переменного тока, клеммы которого подключены к входной диагонали управляемого выпрямителя, вентили которого соединены по схеме моста. К выходной диагонали выирямителя подключен фильтр, например, емкостной, а непосредственно к клеммам подключен конденсатор, уменьшающий мощность искажений и таким образом повыщающий коэффициент мощности на входе устройства (обычно при номинальной нагрузке на выходе устройства).

Недостатками такого устройства являются отсутствие резерва энергии при отключении источника, а также не всегда полное повышение коэффициента мощности при изменении тока в иагрузке. Роль такого резервного источника выполняет аккумуляторная батарея, включенная на выход выпрямителя 2. Здесь между клеммами источника и выирямителя включены дроссель и конденсаторы, ограничивающие ток подразряда батареи. Недостатками такого устройства являются уменьшение тока подзаряда аккумуляторной батареи по

мере роста ее напряжения и крайняя трудность регулирования тока, передаваемого в нагрузку от источника. Кроме того, отсутствует возможность осуществления форсированного подзаряда батареи. Оба устройства характеризуются сравнительно высокими потерями энергии при заряде батареи при малых относительных ее напряжениях.

Для улучшения энергетических показателей предлагаемое устройство снабжено двумя дополнительными управляемыми веити.тями, например, тиристорами, каждый из которых включен параллельно одному из конденсаторов, причем катоды вентилей подключены к положительиой клемме батареи, а анод одного вентиля подсоединен к одной, а второго- к другой клемме источника переменного тока.

Схема предлагаемого устройства приведена на чертеже.

В устройстве сопротивление нагрузки 1 подключено неиосредственно к клеммам аккумуляторной батареи 2, заряжаемой от источника переменного тока - клеммы 3, 4 через двухполупериодный, например, управляемый выпрямитель 5, вентили 6, 7, 8, 9 которого соединены ио схеме моста. Выходная диагональ моста соединена непосредственно с батареей, а входная-иодключена к клеммам источника через лш ейный дроссель 10. Клеммы 3 и 4 нодключены к положительной клемме батареи соответственно через конденсаторы 11 и 12, зашунтированные вентилями 13 и 14. В качестве этих вентилей могут быть использованы тиристоры, а также транзисторы и нные управляемые вентили.

При рассмотрении работы устройства будем считать, что в нечетные полупериоды (первый, третий и т. д.) изменения тока источника напряжение клеммы 3 положительно, а клеммы 4-отрицательно, в четных полупериодах (втором, четвертом и т. д.) полярность напряжения соответственно изменяется. Кроме того, будем считать, что тиристоры 6, 7, 8, 9 выпрямителя 5 в соответствующие полупериоды открыты полностью, а напряжение на аккумуляторной батарее 2 меньше амплитудного значения напряжения источника. Конденсаторы И, 12, соединенные последовательно, включены параллельно клеммам источника и, снилсая мощность искажений на входе устройства, увеличивают коэффициент мощности устройства. При этом схема обеспечивает дозовый подзаряд батареи, при котором ток пропорционален разности мгновенных значений наиряжения источника и аккумуляторной батареи и обратно проиорционален сопротивлению зарядной цепи (линейного дросселя 10 и сопротивления вентилей). Если необходимо увеличить ток, например, для форсированного заряда батареи, то величина тока обычного мостового выпрямителя в таком устройстве без увеличения напряжения источника недостаточна. Кроме того, увеличение выходного тока выпрямителя неизбежно вызывает увеличение мощности искажений, что снижает коэффициент мощности. Этого можно избежать, а напрял ение источника не изменять, если включить тиристоры 13, 14. Тогда, прп открытии тиристора 13 в нечетном полупериоде, конденсатор 11 шунтируется, н емкость цепи соответственно увеличивается в два раза. Происходит заряд конденсатора 12, при этом на верхней по схеме его обкладке Ьудет положительный, а на нижней - отрицательный потенциал. Заряд конденсатора 12 длится до тех пор, пока напряжение на его обкладках не достигнет напряжения батареи. После этого в нагрузку потечет ток по цепи: клемма 3, тиристор 13, батарея 2, тиристор 9, клемма 4. Этот ток значительно больше тока, протекающего через мостовой выпря.митель, так как не ограничивается дросселем 10,

В связи с тем, что конденсатор 11 зашунтирован тиристором 13, нанряжение на его обкладках практически равно нулю; примерно равно нулю и его сопротивление. Поэтому по окончании зарядного импульса тока, когда напряжение источника, убывая, станет меньше напряжения батареи, тиристор 13 погаснет, а энергия, запасенная конденсатором 12, через конденсатор И возвратится в источник пере.менпого тока.

Если в следующем полупериоде открыть тиристор 14, то в начале будет происходить заряд конденсатора П. Этот заряд длится до тех пор, пока конденсатор не зарядится до

напряжения батареи, после чего ток источника потечет по цепи: клемма 4, тиристор 14, батарея, тиристор 8, дроссель 10 и клем.ма 3. Так как конденсатор 12 во время протекания импульса тока был зашунтирован, то его сопротивление было близко к нулю, и поэтом) по окончании зарядного и.мпульса конденсатор 11 энергию, запасенную и.м, через конденсатор 12 возвратит в источник. В следуюшем полупериоде процессы повторяются.

Очевидно, что изменяя моменты открытия тиристоров 13 и 14, можно изменять время протекания тока по цепям, образуемым этими тиристорами, а следовательно, можно изменять и среднее значение тока (мощности),

передаваемого в батарею по этим цепям.

Если сигналы на открытие тиристоров 13, 14 не подавать, то будет происходить дозаряд батареи малым токо.м.

Фор м V л а изобретен п я

Устройство для питания нагрузки постоянным током, содержащее источник переменного тока с двумя выходными клемма.ми, буферную аккумуляторную батарею, два соединенных последовательно конденсатора, двухполупериодныи .мостовой выпрямитель, например, на управляемых вентилях, клем.мы выходной диагона.аи которого соединены с батареей, а клеммы входной диагонали через

токоограничивающий дроссель - с клеммами источника, отличающееся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, оно снабжено двумя дополнительными уиравляе.мыми вентилями, например, тиристорами, каждый из которых включен параллельно одному из конденсаторов, причем катоды вентилей подключепы к положительной кле.мме батареи, а анод одного вентиля подсоединен к одной, а второго-к другой клемме источника переменного тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.И. М. Чиженко и др. «Основы преобразовательной техники, 1974, М., «Высшая школа, стр. 149.

2.В. А, Орлов. «Малогабаритные источники тока, М., ВИ МО СССР, 1970, стр. 193 (прототип),