Источник автономного электроснабжения постоянным током Советский патент 1979 года по МПК H02J1/00 

Изобретение относится к электроснабжению транспортных устройств от автоHOMHtox источников питания соизмеримой мощности и может быть использовано для эпектроснабжения бортовой аппаратуры через аккумуляторную батарею с автономным асинхронным генератором, в частности в низковольтных системах электроснабжения с номинальным напряжением 24 и 12 В. Известен автономный асинхронный генератор, питающий через выпрямитель двигатель постоянного тока. В этой системе нодзаряд коммутирующих конденсаторов и начальное возбуждение осуществляются от дополнительного устройства. , ИзвестенТакже асинхронный вентильный генератор с короткозамкнутым ротором, возбуждение которого осуществляется от автономного инвертора напряжения с отсеченными (диодами) коммутирующими конденсаторами и обратным вьтрямительным мостом. Такое выполнение автономного инвертора приводитк повышенному падению напряжения в блоке вентилей. При высоком напряжении в системе электроснабжения падением напряжения в 1,5 - 2,5 В, как. правило, пренебрегают. Однако при напряжении 24 и 12 В падение напряжения на каждом вентиле достигает соответственно 5-10% от напряжения системы и возбуждение не :осужествляется.и Кроме , высокое содержание высших гармонических приводит к повышению потерь в генераторе и снижению КПД. Известен также источник автономного электроснабжения постоянным током, содержащий асинхронный генератор, одни вь воды многофазной обмотки которого подключены к зажимам переменного тока выпрямительного моста, а вьшоды постоянного тока - к зажимам аккумуляторной батареи, и переключающий блок, содержащий мост на управляемых вентилях, зажимы переменного тока.которого подключены к вьшодам обмотки асинхронного генератора, а выводы постоянного - к зажимам аккумулш-орной батареи. В переключающем блоке этого источника отсутствует последовательное включение вентилей, что позволяет осушествлять возбуждение генератора и при ниэковольной системе электроснабжения. Однако повышенное содержание ВЫСШИ.Х гармонических приводит к снижению КПД и эффективности всего устройства.

Целью изобретения является повышение КПД источника путем снижения потерь на вентилях от высших гармонических в кривой возбуждающего напряжения и от коммутации вентилей выпрямителя. Это достигается тем, что предлагаемый источник автономного электроснабжения постоянным током снабжен двумя дополнительными выпрямительными мостами, Г-образными LC-фильтрами состоящими из конденсаторов и дросселей, и фильтром rapMOHviK нулевой последовательности выполненным в виде трахобмоточного дросселя с замкнутым магнитопроводом, а переключающий блок снабжен вторым мостом на утгравл емых .вентилях, зажимы постоянного тока которого подключены к аккумуляторной батарее, причем другие вьшоды обмоток асинхронного генератора подключены через обмотки дросселя фильтра гармоник нулевой последовательности к входам первого дополнительного выпрямительного моста, которые через обмотки дросселей LC-фильтра соединены с соединенными друг с другом зажимами переменного тока второго дополнительного выпрямительно го моста и второго управляемого моста . переключаюшего блока, а конденсаторы l.C фильтра включены параллельно фазным обмоткам асинхронного генератора. Существующие в настоящее времяполностью управляемые и запираекгые по управлению мощные триоды и запираемые тиристоры требуют для, свбёго управления импульсов управления, амплитуда которых должна быть не менее чем в 4-5 раз Меньше амплитудного знач:ения тока, протекаюшего по управляемому вентилю. Поэтому для управления запираемыми вентилями требуется достаточно мощные управляющиег устройства, потребляющие значитальную мощность . Для повышения КПД источника при использовании в мостах переключающего блока не запираемых по управлению вен- . тилей он снабжен узлом искусственной коммутации, включенным между зажимами постоянного тока второго управляемого моста переключающего блока и аккумуляторной батарей, cocтoял им из последовательно включенных дросселя и конденсатора, подсоединенных к диагонали переменного тока однофазного моста на управляемых вентилях, одно плечо которого включено параллельно и согласно вентилям второго 5 управляемого моста переключающего блока, а другое - параллельно и встречно вентилям второго дополнительного выпрямительного моста, причем между зажимами по- стоянного тока указанного моста на уп- равляемых вентилях и аккумуляторной батареей включены дополнительные разделительные дроссели, а между зажимами постоянного тока второго дополнительного выпрямительного моста и аккумуляторной батареей включены дополнительные диоды в направлении беспрепятственного прохождения тока от выпрямительного моста, кроме того, между зажимами постоянного тока обоих мостов, подключеярых через указанные элементы к одноименным зажимам аккумуляторной батареи, включены дополнительные управляемые вентили в нап равлении, обеспечивающем вместе с допрлнительными диодами шунтирование разцелительных дросселеио Такое выполнение источника позволяет без использования параллельного включения вентилей в три раза увеличить фазный ток генератора и фазное напряжение, что весьма важно для низковольтньк систем электроснабжения (например, с аккумуляторной батареей 24 или 12 В). На фиг. 1 приведена принципиальная схема описываемого источника автономного электроснабжения постоянным током, выполненная на полностью управляемых , например на запираемых тиристорах; f на фиг, 2 - то же, выполненная на обычных незапираемых тиристорах. Источник автономного электроснабжения может быть выполнен с многофазным генератором с любым числом фаз. В данном случае источник выполнен с асинхронi генератором с трехфазной обмоткой статора и короткозамкнутым ротором, Одноименные зажимы раздельно вьшеденных фаз 1-3 (например, начала) обмоток асинхронного генератора 4 подключе- ны к первому мосту 5 переключающего блока на управляемых вентилях и выпрямительному мосту 6 на диодах. Противо- положные концы обмоток статора генера- тора через обмотки 7-9 дросселя Ю фильтра гармоник, образующих нулевую последовательность, подключены к- днодам первого дополнительного выпрямительного моста 11 (при трехфазном генераторе такими гармониками являются гармоники напряжения, кратные трем). Все указан ные вентильные мосты со стороны постоян ного тока подключены к аккумуляторной батарее 12, к которой также подключены второй управляемый мост 13 переключающего блока и второй дополнительный вып- рямительный мост 14. Зажимы переменного тока мостов 13 и 14 объединены, а между ними и соответствующими зажимами моста 11 включены дроссели 15 - 17 Г-образного LCфильтра, конденсаторы 18-20 которого включены параллельно раздельно выведенным фазам 1-3 многофазной обмотки генератора 4. Фильтр гармоник нулевой последовательности выполнен в виде трехобмоточного дросселя с замкнутым магнитопроводом. Его обмотки 7 - 9 имеют равное число витков и одноименными выводами подключены к одноименным зажимам фаз генератора, а противоположными выводами - к зажимам переменного тока выпрямительного моста 11 и дросселям 15-17. Наличие конденсаторов 18- - 20, шунтируюшЕХ фазные обмотки 1-3 генератора 4, позволяет при работе асинхронного генератора использовать принудительное запирание управляемых вентилей только мое та 13, который должен быть об51зательно выполнен на запираемых по управлению вентилях. После включения любого из вентилей моста 13 вступает в работу соответствующий из диодов м-оста 14, обеспечивающий прохождение тока через подклю ченный к ним один из дросселей 15 - 17 (в том же направлении, что перед включением). Это приводит к тому, что фаза дви гателя оказывается подштюченной через , обмотки дросселей и вентили к одному из зажимов аккумуляторной батареи, т.е. закороченной. Последнее вызывает разряд включенного параллельно этой фазе конден сатора через включенный управляемый вентиль во встречном для его проводимости направлении и выключение его. Работа источника- осуществляется путем попарного включения управляемых вентилей мостов 5 и 13 так, что на шунтирующих конденсаторах 18 - 20 создаются практически синусоидальные напряжения. сдвинутые на 120, частота которых ниже частоты вращения ротора генератора на заданную частоту абсолютного скольжения В результате этого происходит генерлрова ние электрической энергии, которая выпрямляется ПРИ помощи мостов 6 и 11 и идет на зарялку aKKyNtj-ляторной батареи и питание подключенной к ней нагрузки. В случае отсутствия запираемых, по управлению вентилей на необходимые мощности, а также для снижения необходимой мощности управления для мощных систем автономного электроснабжения, предлагаемый источник может быть выполнен на обычных, незапираемых тиристорах (cxt, 1ФИГ. 2)„ При использовании в качестве управляемых вентилей моста 13 обычных незапираемых тиристоров источник должен быть снабжен узлом искусственной коммутации, включенным между зажимами постоянного тока второго управляемого моста 13 и аккумуляторной батарэей .12. Этот узел состоит из последоватёл.ьно включенных дросселя 21 и конденсатора 22, подсоединенных к диш-онали переменного тока однофазного моста на управляемых веитиля.х 23-205 одно плечо которого (на вентиля.х 24 и 25) включено параллеЛ1:|НО и согласно управляемым вен- тилям моста 13, а другое (на вентилях 23 и 26) - .встречно и параллельно вентилям моста 14. зажнмамц постоянипго тока моста 13 и аккумуляторной батареей 12 включены дгполнптельные разделительные дроссели 27 и 28, а между постоянного тока моста 14 и аккумуляторной батареей - дэпол1и1теЛьЕ1ые диоды 29 и 30 в напрагзЛонкн беспрепятственного про.хождения тока от выпрямитзльного. моста. Кроме того, мэжду зажимами постоянного тока мсстсв 13 и 14, подключенных к зажимам )лятopнoй батареИ) включены дополнительные управляемые вентили 31 Т1 32 в нйправлзшш, обеспечиваю.тпем вместе с дополи гтельными диодами 29 и ЗО шунтирова.-гче разделптельнь1Х дросселей 27 и 28. (Шуптирова-. вне дросселя 27 осулцествляегся вентилями 31 и 29, а дросселя 28 - вентилями 30 и 32). Такое выполнение узла искусственной ком;у1утацт И позволяет осуБдесгвлять -запирание любого пз вентилай анодной группы Моста 13 включением вентилей 25 и 26, а катодной группы включением веггшлей 23 и 24. При комм тадии в цепи запиращего тока участвует соответствующий иод моста 14.- Ограничение напряжения ерезаряда коммутирующего конденсатора существяяется включением соответствуюего управляемого вентиля 31 и 32. так ак при этом происходит шунтированиа азделительного дросселя. 765 Мост 14 предназначен для ограничения импульса индуктивного перенапряжения на вентилях моста 13 при их запирании на уровне напряжения на аккумуляторной батарее. В. связи с этим диоды этого моста могут выбираться на значительно меньший срок, чем диоды мостов 6 и 11 (более чем в 10 раз). Дроссель-фильтр 10 необходим как для подавления гармоник ну /1евой последовательности, создаваемых, при возбуждении генератора, так. и для подавления этих гармоник при выпрямлении генерируемой мошности и обеспечения проводимости диодов мостов 6 и 11 в течение 12О эл. град« (вместо 6О эл, град.). За счет всех указанных устройств предельная мо.щность, которую могут выпряМлять диоды, увеличивается в два раза по сравнению с той, которая могла бы быть получена при использовании этих же диодов в одном трехфазном мосту Формула изобретения 1, Источник автономного электроснабжения постоянным током, содержащий асинхронный генератор, одни вьтоды многофазной обмотки которого подключены к зажимам переменного тока выпрямительно го моста, а ЕЫВОДЫ постоянного тока - к зажимам аккумуляторной батареи, и перек лючающий блок, содержащий мост на управляемых вентилях, зажимы переменного тока которого подключены к выводам обмотки асинхронного генератора, а выводы постоянного тока - к зажимам аккумуляторной батареИз отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, он снабжен двумя дополнительными вьтрямительными мостами, Г-обрааными LCфильтрами, состоящими из конденсаторов и дросселей, и фильтром гармоник нулевой прследовательности, вьшолненным в виде трехобмоточного дросселя. с замкнутым магннтопроводом, а переключающий блок снабжен вторым мостом на управляемь1х вентилях, зажимы постоянного тока кото8ого подключены к аккумуляторной батаее, причем другие выводы обмоток асинронного генератора подключены через обмотки дросселя фильтра гармоник .нулеой последовательности к входам первого ополнительного выпрямительного моста, оторые через обмотки.дросселей LCильтра соединены с соединенными друг с ругом зажимами переменного тока вто-. ого дополнительного выпрямительного моста и второго управляемого моста переключающего блока, а конденсаторы L С-фияьтра включены параллельно фазным обмоткам асинхронного генератора. 2. Источник по HV 1-, отличаю.щл и с я тем, что, с целью повышения КПД при использовании в мостах переключающего блока не запираемых по управлению вентилей, он снабжен узлом искусственной коммутации,- включенным между зажимами постоянного тока второго управляемого моста переключающего блока и аккумуляторной батареей, состоящим из последовательно включенных дросселя и конденсатора, подсоединенных к диагонали переменного тока однофасзного моста на управляемых вентилях, одно плечо которого включено параллельно и согласно вентилям второго управляемого моста переключающего блока, а другое V паграллельно и встречно вентилям второго дополнительного вьшрямительного моста, причем между зажимами постоянного тока указанного моста на управляемьк вентилях и аккумуляторной батареей включены дополнительные раз делительные дроссели, а между зажимами постоянного тока второго дополнительного выпрямитешьного моста и аккумуляторной батареей включены дополнительные диоды в направлении беспрепятственного прохождения тока от выпрямительного моста, кроме того, между зажимами постоянного тока обоих мостов, подключенных через указанные элементы к одноименным зажимам аккумуляторной батареи, включены дополнительные управляемые вентили в направлении, обеспечиваю.щем вместе с дополнительными диодами .шунти- ровани разделительных дросселей.