Устройство для питания нагрузки постоянным током Советский патент 1979 года по МПК H02J7/34 

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к питанию нагрузки постоянным током от аккумуляторной батареи и трехфазного выпрямителя, преобразующего переменный ток трехфазного источника, например, трансформатора.

Известны устройства для питания нагрузки постоянным током, содержащие батарею химических источников тока и выпрямитель. Батарея в таких системах питания подключается к выходным клеммам выпрямителя, вентили которого образуют катодную и анодную лучевые группы. Если вентилями катодной группы служат тиристоры, то выпрямитель не только преобразует переменный ток источника в постоянный, но и регулируя его среднее значение, обеспечивает требуемый режим заряда (подзаряда) батареи. Управление тиристорами выпрямителя осуществляет блок контроля напряжения и управления вентилями. Система электроснабжения, выполненная по такой -схеме, проста, однако она характеризуется относительно невысокими удельными энергетическими показателями и низким качеством напряжения, которое изменяется в значительном диапазоне 1.

Известно также устройство с двухсекционной батареей, которое обеспечивает питание нагрузки напряжением секций и батареи в целом. Заряд секций этой батареи осуществляется от трехфазного источника, обмотки которого соединены в звезду с нейтралью, причем лучи звезды связаны с входными клеммами мостового вырямителя, а нейтраль через диод подключена к средней точке батареи. Батарея в целом заряжается от мостового двухполупериодпого выпрямителя, а одна из ее секций--от однополупериодного выпрямителя. Напряжение на нагрузке в такой системе питания также изменяется в широком пределе, т. е. качество напряжения низко 2. В известных устройствах для питания нагрузки выпрямленным током трехфазного источника для уменьшения пульсаций выходного напряжения используют схемы преобразования трехфазного тока в шестнфазный, в результате чего напряжение на иагрузке за период изменяется по огибающей шести положительных полуволн, а пульсации напряжения не превышают 13% от его амплитудного значения. Значительно лучшие удельные энергетические показатели

имеют выпрямитель по комбинированной схеме с так называемой уравнительной катушкой Кюблера, ток в нагрузке которого суммируется от двух трехфазных выпрямителей, работающих параллельно. Все эти

устройства прекращают питание нагрузки

при исчезновении напряжения на выходе иеточника переменного тока. Для обеспечения непрерывного литания нагрузки в устройства вводят батареи химических источников тока, подключаемые к выходу выирямителя. Эти батареи, являющиеся резервным (аварийным) источником, уменьшая пульсации выпрямленного тока, улучшают качество выходного напряжения выпрямителя .

Известно также устройство с двухсекционной батареей, обеспечивающее высокое качество напряжения па нагрузке, подключенной через диод к основной секции батареи и через тиристор к батарее в целом. При таком питании нагрузки, обеснечивая ее высокие удельные энергетические показатели и малые колебания напряжения на выходе устройства, заряд секций батареи сопряжен с рядом трудностей, так как напряжение вольтодобавочной секции батареи значительно меньше напряжения ее основной секции и выпрямитель должен иметь на своем выходе напряжения, иронорциональныс наряжениям секций и батареи в целом. Р1звестные выпрямители на три выходных напряжения отличаются сравнительно сложной схемой, содержат не менее 7 вентилей, как правило, характеризуются сравнительно низкими удельными энергетическими показателями 4J.

Целью изобретения является улучшение удельных энергетических показателей.

Для этого в устройстве для питания нагрузки постоянным током, содержащем батарею химических источников тока, выполненную в виде двух соединенных последовательно основной и вольтодобавочной секций аккумуляторов т-фазный источник переменного тока, например, трансформатор, и мостовой диодно-тиристорный выпрямитель, диоды которого образуют катодную, тиристоры - анодную лучевые группы, а клеммы выходной диагонали подключены к клеммам батареи, и блок контроля напрял- ения и управления тиристорами, обмотки каждой из фаз источника переменного тока выполнены секционированными и соединены в две лучевые звезды с нейтралями, которые подключены к точке соединения основной и вольтодобавочной секций батареи, при этом нейтраль одной лучевой звезды образована началами, а другой-концами обмоток упомянутых секций и лучи одной звезды подключены к анодам тиристоров, а другой - к катодам диодов.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2-вариант предлагаемой схемы; на фиг. 3- (а, б, в) -графики напряжений.

Устройство состоит из трехфазных обмоток 1, 2 и 3 трехфазного источника (трансформатора) переменного тока, которые через мостовой диодно-тиристорный выпрямитель 4 нагружены на батарею химических

источников тока - аккумуляторн -ю батарею 5. Батарея выполнена из двух соединенных последовательно согласно секций 6 и 7, которые выполняют соответственно функции основного и вольтодобавочного источников. Сопротивление нагрузки 8 подключено к основному источнику 6 через диод 9, а к полной батарее 5 - через тиристор 10 (выключение тиристора 10 осушествляется любой известной схемой). Напряжение секций 6, 7 батареи и фаз 1, 2, 3 источника контролирует блок 11 контроля напряжения и управления тиристорами 12, 13 и 14, образующими анодную лучевую грунпу вентилей выпрямителя 4. Катодную лучевую группу вентилей выпрямителя образуют диоды 15, 16 и 17.

Одноименнополярные выводы обмоток 1, 2, 3, например начала, подключены к катодам диодов 15, 16, 17, а их другие выводыконцы- к анодам тиристоров 12-14. Кроме того, эти обмотки снабжены отводами от части витков, и их отводы соединены друг с другом и подключены к точке соединения основной и вольтодобавочной секций батареи 5..

Соединение вывода батареи с отводами обмоток, образующих две трехлучевые звезды, обеспечивает выпрямление переменного тока источника с помощью трех трехфазных выпрямителей. Нервый выпрямитель заряжает постоянно основную секцию 6 батареи, второй - вольтодобавочную секцию - через открытые тиристоры 12-14, а третий - обе секции одновременно.

Так как напряжение вольтодобавочной секции часто бывает меньше напряжения основной секции, отводами от витков фазных обмоток можно легко устанавливать требуемое соотношение напряжений выпрямителей устройства, что позволяет достаточно просто осуществлять питание нагрузки от основной и вольтодобавочной секций батареи и производить их подзаряд от трехфазного источника через выпрямитель 4. При этом мощность источника переменного тока используется достаточно полно и устройство в целом характеризуется весьма высокими энергетическими показателями.

Если обмотки каждой фазы выполнить из двух секций и объединить в две лучевые звезды с нейтралями, одна из которых образована началами обмоток секции (на фиг. 2 начала отмечены точкой), а другая нейтраль образована концами, и лучи первой звезды подключить к анодам тиристоров 12-14, а второй - к катодам диодов 15-17, напряжения этих звезд суммируются геометрически и частота пульсаций на выходе выпрямителя, заряжающего батарею, в два раза превышает частоту пульсаций каждого из выпрямителей, заряжающих секции этой батареи.

При рассмотрении работы устройства будем считать, что в момент времени, равный

нулю, мгновенное значение напряжения в

1фазе равно нулю, а напряжения 2 и 3 фаз сдвинуты соответственно на 120 и 240°. Днаграммы (фиг. Зв) иллюстрируют изменение напряжения на выходе выпрямителей (по схеме фиг. 1 и фнг. 2) нрн открытых тиристорах 12-14.

Из диаграммы видно, что напряжение в течение 60 увеличивается от величины, равной 0,5 амплитудного значения напряжения соответствующей обмотки, до его максимальной величины, равной единице, а затем в течение 60° уменьшается. Вначале ток в нагрузку протекает от 1 фазы источника, затем 2, 3, 1 и т. д. На диаграмме (фиг. Зв) показано изменение мгновенных значений напряжения диодного выпрямителя (по схеме фиг. 2), где напряжения в этой звезде находятся в противофазе с первой звездой и вначале ток в нагрузку проводит

2фаза, затем 3, 1 и т. д.

Диодный и тиристорный выпрямитель (заряжающие основную и вольтодобавочную секции) соединены последовательно-согласно и переменные напряжения в их фазных обмотках сдвинуты на 180° относительно друг друга, а выпрямленное напряжение диодно-тиристорного моста представляет собой геометрическую сумму диодного и тиристорного выпрямителей соответственно. Это нанряжение (на фиг. 36 показано пунктиром выше сплошной кривой тиристорного выпрямителя) имеет частоту пульсации в 2 раза превышающую частоту пульсации диодного и тиристорного выпрямителей и прикладывается к батарее 5 в целом, причем напряжение анодно-тиристорного выпрямителя достигает максимума тогда, когда напряжения на выходе диодного и тиристорного выпрямителей соответственно равны 0,87 их амплитудных значений, а максимумы напряжений диодного и тиристорного выпрямителя соответственно совпадают по времени с минимумом диодно-тиристорного выпрямителя. Это, повышая частоту пульсаций на секциях и батарее в целом, снижает пульсации напряжения на нагрузке, в результате чего качество этого напряжения повышается.

Таким образом, когда мощность в нагрузке невелика, она питается от основной секции 6 и диодного выпрямителя. Если эта мощность резко возрастает, открытием тиристора 10 напрял.ение батареи повышается, и в работу вступает днодно-тиристорный выпрямитель 4. При снижении мощности в нагрузке вначале выключается тиристор 10, а после восполнения емкости, израсходованной секцией 7 батареи, тиристоры 12- 14 запираются и устройство готово к следующему увеличению мощности в нагрузке. Такое питание нагрузки обеспечивает высокие качества напряжения и удельные энергетические показатели устройства в целом при весьма простой схеме выпрямления переменного тока источника, выпрямитель с тремя выходными напряжениями, в котором содерншт всего щесть вентилей.

Формула изобретения

Устройство для питания нагрузки постоянным током, содержащее батарею химических источников тока, выполненную в виде двух соединенных последовательно основной и вольтодобавочной секций аккумуляторов, т-фазный источник переменного тока, например, трансформатор, и мостовой диодно-тиристорный выпрямитель, диоды которого образуют катодную, тиристоры - анодную лучевые группы, а клеммы выходной диагонали подключены к клеммам батареи, н блок контроля напряжения и управления тиристорами, отличающееся тем, что, с целью улучшеиия удельных энергетических показателей, обмотки каждой из фаз источника переменного тока выполнены секционированными и соединены в две лучевые звезды с нейтралями, которые подключены к точке соединения основной и вольтодобавочной секций батареи, при этом нейтраль одной лучевой звезды образована началами, а другой-концами обмоток упомянутых секций и лучи одной звезды подключены к анодам тиристоров, а другой - к катодам диодов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент СССР № 290611, кл. П 021 7/14, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР N°. 458953, кл. И 02 I 7/34, 1975.

3.Богословский А. С. Силовые полупроводниковые выпрямители, М., 1965, с. 27- 30, рис. 10.

4.Авторское свидетельство СССР № 500560, кл. И 01М 10/44, 1976.

б о