Устройство для питания нагрузки постоянным током Советский патент 1978 года по МПК H02J7/00 

1

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания нагрузки стабильным напряжением от источников электроэнергии, например, электрохимических.

Известны устройства 1, 2 для регулирования напряжения топливных батарей, содержащие переключатели на полупроводниковых вентилях, включенных между отводами батареи и нагрузкой, блок контроля напряжения и управления вентилями и генераторы-распределители импульсов. Недостатком подобных устройств является необходимость использования полностью управляемых тиристоров (минимум одного), что усложняет схему управления и устройство в целом. Работа тиристорных ключей сопровождается значительными пульсациями напряжения на нагрузке.

По основному авт. св. № 500559 известно устройство для питания нагрузки постоянным током 3. Это устройство содерлсит основной и вольтодобавочный источники питания, например, электрохимические, соединенные последовательно - согласно, нагрузку, подключенную через диод к основному источнику питания и через соединенные последовательно тиристоры к источнику вольтодобавки. Точка соединения указанных тиристоров через конденсатор связана с точкой соединения основного и вольтодобавочного источников питания. Управление тиристорами осуществляет блок контроля напряжения и управления тиристорами. Устройство обеспечивает регулирование (стабилизацию) среднего значения

напряжения на нагрузке, однако его недостатком является наличие значительных пульсаций напряжения на нагрз зке.

Целью изобретения является уменьшение амплитуды пульсаций напряжения на нагрузке. Указанная цель достигается тем, что устройство по авт. св. № 500559 снабжено линейным дросселем, отводами от отдельных элементов вольтодобавочного источника питания и дополнительными тиристорами по числу

этих отводов, причем аноды дополнительных тиристоров соединены с отводами от элементов вольтодобавочного источника питания, а катоды - с точкой соединения тиристоров, включенных между нагрузкой и вольтодобавочным источником, один вывод дросселя связан с катодами дополнительных тиристоров, а другой через конденсатор подключен к точке соединения основного и вольтодобавочного источников питания.

Схема предлагаемого устройства приведена на чертеже.

Оно содержит тиристоры 1 и 2, конденсатор 3, диод 4, нагрузку 5, основной 6 и вольтодобавочный 7 источники питания, например

батареи аккумуляторов, и линейный дроссель

8. Отводы от элементов источника 7 через дополнительные тиристоры 9 и 10 связаны с точкой соединения тиристоров 1 и 2, включенных между вольтодобавочным источником 7 и нагрузкой 5, Управление тиристорами осуществляет блок 11 контроля нанряжения и управления тиристорами.

При достаточном напряжении источника 6 нагрузка 5 получает питание от него через диод 4. При падении напряжения основного источника ниже допустимого предела блок 11 выдает сигнал на управляющий электрод тиристора 9. Последний отпирается, и конденсатор 3 заряжается от элемента источника 7 через дроссель 8 примерно до удвоенного напряжения элемента источника 7. При этом тиристор 9 запирается (естественное самопогасание}. Далее сигнал управления поступает на управляющий электрод тиристора 2. Последний отпирается и подключает нагрузку 5 через дроссель 8 к последовательно соединенным основному источнику 6 и заряженному конденсатору 3. При этом диод 4 запирается, а дроссель Ь ограничивает бросок тока, поступающего в нагрузку, благодаря чему напряжение на ней нарастает плавно, а затем так же плавно спадает до напряжения основного источника питания 6. Тиристор 2 запирается (естественное самопогасание), а диод 4 отпирается.

Описанный цикл работы устройства повторяется с частотой, обеспечивающей при использовании данного элемента вольтодобавочного источника поддержание среднего значения напряжения на нагрузке 5 на заданном уровне. По мере разряда основного источника b или при увеличении нагрузки рабочая частота устройства увеличивается. Если величина последней достигает своего предельного расчетного значения, определяемого величиной суммарных частотнозависимых потерь в устройстве, блок П подключает конденсатор 3 на заряд от двух (или более) элементов источника 7, соединенных носледовательно. При этом напряжение вольтодобавки увеличивается и рабочая частота устройства может быть снижена при сохранении средней величины напряжения на нагрузке на заданном уровне. Таким образом, при каждой величине нагрузки напряжение вольтодобавки равно минимально необходимой величине, что уменьшает амплитуду пульсаций напряжения на нагрузке и потери энергии на суммарном внутреннем сопротивлении источника 7.

При максимальной нагрузке, когда для обеспечения заданного среднего значения напряжения на нагрузке конденсатор 3 заряжается от всего источника 7 через тиристор 1, пульсация напрялсения на нагрузке тем не

менее значительно меньше, чем в прототипе благодаря наличию токоограничивающего дросселя 8. Псследование частотнозависимых потерь в

элементах устройства позволяет определить его оптимальную рабочую частоту (или предпочтительный диапазон частот) из соображений минимума суммарных частотнозависимых потерь устройства или из соображений обеспечения его минимальной суммарной массы. Применение предлагаемого устройства , позволяет регулировать среднее значение напряжения на нагрузке изменением как рабочей частоты устройства, так и величины напряжения вольтодобавки, то есть достигать одного и того же среднего значения напряжения на нагрузке, изменяющейся в широких пределах (или при глубоком разряде основного источника 6) практически при одной и той же рабочей частоте (в узком частотном диапазоне), выбираемой из соображений минимума суммарной массы устройства или минимума суммарных потерь энергии в его элементах. Снабжение устройства линейным дросселем, отводами от элементов вольтодобавочного источника и донолнительными тиристорами по числу этих отводов позволяет уменьшить амплитуду пульсаций напряжения на нагрузке в сравнении с прототипом при изменении

величины нагрузки в широких пределах.

Формула изобретения

Устройство для питания нагрузки постоянным током по авт. св. № 500559, отличающееся тем, что, с целью уменьшення амплитуды пульсаций напряжения на нагрузке, оно дополнительно снабжено линейным дросселем, отводами отдельных элементов вольтодобавочного источника питания и дополнительными тиристорами по числу этих отводов, при этом аноды дополнительных тиристоров соединены с отводами от элементов вольтодобавочного источника питания, катоды - с точкой соединения тиристоров, включенных между нагрузкой и вольтодобавочным источником, один вывод дросселя связан с катодами дополнительных тиристоров, а другой через конденсатор подключен к точке соединения

основного и вольтодобавочного источников питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 172879, кл. П 021 7/36, 1963.

2.Авторское свидетельство СССР № 172881, кл. Н 021 7/36, 1963.

3.Авторское свидетельство СССР № 500559, кл. Н 021 7/00, 1974.