Устройство для питания нагрузки Советский патент 1980 года по МПК H02M7/06 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ

t

Изобретение относится к электротехнике и преимущественно может быть .использовано для питания нагрузки выпрямленным током, номинальное напряжение которой более: чем в пять разпревышает амплитудное значение напряжения источника переменного тока.

Известен выпрямитель 1 с удвоением напряжения, который позволяет , уменьшить коэффициент пульсаций тока и увеличить ее частоту. Однако это устройство обладает сравнительно низким коэффициентом умноже шя, определяемым как отношение напряжения на нагрузке к амплитудному значению напряжения истбчнйка, а нйличие большого числа вентилей приводит к неоправданно завышенным потерям электрической энергии на их, омическом сопротивлении/ что неизбежно приводит куменьшению коэффи |иента полезного действия устройства, его большой массе и габари- там..

Известно такое устройство 2 Цля заряда накопительного конденсаго а, содержащее .трехфазный источник переменного тока с тремя выходными выводами, токоограничиватощие элементы, в качестве которых могут быть использованы конденсаторы, дроссели или резисторы, трехфазный вып1ря1У итель, выполненный на шести вентилях по схеме Ларионова, накопительный конденсатор, разрядное устройство и блок контроля напряжения и управления разрядом.Недостатком этого устройства является малая

10 скорость передачи энергии от источника в накопительный конденсатор, поскольку в ,зарядной цепи в любой момент времени включены минимум два токоограничивающих элемента. Кроме

15 того, максимальное значение зарядного напряжения в рассматриваемом у стройстве сравнительно мало и по величине не превосходит линейного значения амплитуды напр яжения трех20фазного источника питания.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для питания нагрузки 3, содержащее трехфазный источник пере 5 менного тока с тремя выходными выводами, фазные обмотки которого включены по схеме звезда с нейтралью, три токоограничивающих .конденсатора, каждый из которых включен между лу30 чем звезды источника и соответствуюим входным выводом йыпрямителя, ыполненного на шести вентилях, апример тиристорах, образующих две руппы по три тиристора в каждой руппе, причем катоды тиристоров ервой группы соединены мелсду собой, а их аноды, образующие три входных вывода выпрямителя, - с катодами соответствукяцих тиристоров второй руппы, один из тиристоров которой свош сЬёдйне Н с дтрицМтепьным выводом нагрузки, и блок контроя напряжения и фазового управления тиристорами.

Однако функциональные возможности этого устройства ограничены, поскольку максимальная величина напряжения на нагрузке не превосходит линейного значения амплитуды напряжения- трехфазного источника переменного , тока. Кроме , токоограничиваюш,ие конденсаторы используются только как ограничители тоКа, при этом в цепь питания нагрузки в любой момент времени последовательно включены два конденсатора, что приводит к существенному снижению скорости передачи энергии источника в нагрузку.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем увеличения диапазона регулирования напряжения на нагрузке.

Эта цель достигается тем, что предлагаемое устройство дополнительно снабжено третьей группой из трех тиристоров, а батарея выполнена из трех секций, соединенных последовательно-согласно, при этом нейТР ЭЛЬ звезды источника подключена к точке соединения катодов тирйсторов nepibtf группы неп6срёДс Шйно, а к каждому из анодов тиристоров, вто;1рой группы - через соединенный согласно с ним соОтвётствукядий дополнительный тиристор третьей группы и соответствующую секцию аккумуляторной батареи.

Это позволяет увеличить скорость передачи электрической энергии от источника в батарею и нагрузку за счете, того, что в любой момент времени в цепи заряда одной секции батареи включено миншлальное количестве ток оогранйчивающих сопротивлений - одно, что благоприятно сказырается на уменьшении потерь энерги11 «а их омических сопротивлениях и повышении коэффициента пЬлезного действия.

--Креме тогог обеспечивается расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения диапазона регулирования напряжения на нагрузке, максимальное значение которого в шесть раз превшяает амплитуду фазного напряжения трехфазного источника переменного тока, что и свою очередь позволяет уменьшить

|Типовую (габаритную) мощность источника и улучшить удельные энергетические показатели всего устройства в целом.

Увеличение диапазона регулирования выпрямленного напряжения достигается за счет того, что в один полупериод изменения напряжений трехфазного источника переменного тока токоограничивакяцие конденсаторы заряжаются доамплитудного значения

фазного напряжения, а в другой

(следующий) напряжение на этих конденсаторах суммируется с напряжением соответствующей фазы источника, что обеспечивает возможность заряда каждой секции аккумуляторной батареи до двойного амплитудного значения фазного напряжения трехфазного источника. В связи с этим такое устройство позволяет заряжать

0 аккумуляторную батарею (питать нагрузку) до напряжения, в шесть раз превышающего амплитудное значение фазного напряжения трехфазного источника.

5 На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2а, биЗа, бдиаграммы изменения токов и напряжений на фазной обмотке.

Q Устройство содерзкит трехфазный источник переменного тока с тремя выходными выводами 1-3, фазные обмотки которого соединены по схеме звезда с нейтралью, три токоограc ничивающих конденсатора 4 - б, девять тиристоров 7 - 15, образующих три группы по три тиристора в каждой группе соответственно 7 - 9, 10 - 12 и 13 - 15, аккумуляторную батарею из трех секций 16 - 18, подключенную к сопротивлению нагрузки 19, и блок 20 контроля напряжения и управления тиристорами. Точки соединения последовательно-согласно включенных тиристоров-7 и.10, 8 и

5 11, 9 и 12 образуют три входных вывода выпрямителя. Между -лучами звезды источника и входньии выводаМи вьшрямителя включены токоограничиваквдие конденсаторы 4 - 6. Вывод

0 нейтрали звезды источника подключен к катодам тиристоров 7-9 непосредственно, а к анодам тиристоров 10 - 12.через соединенные согласно с ними Тиристоры 13 - 15 и соответ ствукнцие секции 16 - 18 аккумуляторной батареи. Блок 20 осуществляет контроль напряжения йа нагрузке 19 и управление тиристорами 7 - 15 за счет изменения по фазе момента подачи сигналов управления на управляющие электроды упомянутых тиристоров. Предложенное устройство наиболее целесообразно использовать в случаях, когда номинальное напряжение на нагрузке (напряжение аккумуляторной

5 батареи) лежит в пределах от l, До i ктф, где Егаф - амплитуда фазного напряжения трехфазного источника. В этом случае кон денсаторы 4-6 будут выпойнять не Юлько функцию реактивных коограничителей, но и функцию воль тодобавочных элементов, т.е. будут выполнять роль емкостных удвоителе напряжения. В связи с этим необход мо рассматривать работу устройства режиме, при котором напряжение на одной секции аккумуляторной батаре может измениться в пределах от 0,5 Етф до 2 Етф. Работает устройство следующим о разом. Система управления тиристорами обеспечивает открытие каждой пары тиристоров 10 и 13, 11 и 14, 12 и подачей импульсов управления на уп равляющие электроды тиристоров каж дой пары, сдвинутых по фазе на 120 электрических градусов, т.е. поряд открытия каждой пары тиристоров сл дующий: тиристоры 10 и 13,-через 12р 11 и 14; через 12и 15; чере 120 - 10 и 13 и так далее. Сигналы управления подаются на каждую пару тиристоров только в тот момент времени и позже, при ко -ром мгновенное значение соответств щего фазного напряжения уменьшаетс по абсолютной величине от значения равного 0,5 Етф. Кроме того, предлоложим также, что система управле ния обеспечивает постоянное открытие тиристоров 7-9 первой группы и последние работают как обычные неуправляемые вентили-диоды. Для пояснения принципа работы устройства на фиг. 2 а, б приведены диаграммы изменения токов и напряжений на фазной обмотке с-выводом 1 и конденсаторе 4. Пусть в некоторый момент времени напряжение на фазной обмотке источника с выводом 1 и равно нулю и в течение последующей четве ти периода будет возрастать до своего .амплитудного значения (см. фиг.2а). При этом потенциал вывода 1 выше потенциала нейтрали. Под действием этого фазного напряжения происходит заряд конденсатора 4 по цепи: вывод 1, конденсатор тиристор 7, нейтраль звезды источника. К концу первой четверти пери да, конденсатор 4 заряжается до амп литудного значения Етф фазного напряжения источника и тиристор 7 закрывается (см. фиг.2б). Во второй четверти периода напряжение в фазной обмотке с выводом 1 уменьшается по абсолютной величи не .и в момент времени ,когда фазное напряжение уменьшается до величины, равной 0,5 Етф, блок 20 управления тиристорами вьщает сигналы на открытие тиристоров 10 и 13. Начиная с этого момента времени, происходит заряд секции 16 батарей, суммарным напряжением упомянутой фазы и конденсатора 4. При U, О импульс зарядного тока |об спечивается . за счет энергии, запасенной в электрическом поле конденсатора 4. В третьей четверти периода, когда полярноЬть напряжения фазной обмотки меняет свой знак (и 0), импульс зарядного тока обеспечивается за счет энергии источника. Ток заряда протекает по-цепи: нейтраль звезды трехфазного источника, тиристор 13, секция 16, тиристор 10 , конденсатор 4, вывод 1 фазной обмотки. В конце третьей четверти зарядный ток становится равным нулю и тиристоры 10 и 13 закрываются,при этом конденсатор 4 оказывается перезаряженным до напряжения, равного )азности напряжения Етф и напряжения на секции 16 батареи. В четвертой четверти периода напряжение 0 уменьшается по абсолютной величине. В момент времени , соответствукяцего равенству напряжений на фазной обмотке и конденсаторе 4, открывается тиристор 7 и образуется цепь разряда конденсатора 4 на фазную обмотку: положительная обкладка конденсатора 4, тиристор 7, нейтраль звезды, фазная обмотка, вывод 1, отрицательная обкладка конденсатора 4.. В конце четвертой четверти напряжение Ц становится равным нулю, а конденсатор 4 полностью разряжается. Далее процессы в рассмотренной электричской цепи периодически повторяются . При увеличении напряжения на секции 16 батареи длительность импульса зарядного тока уменьшается, при этом уменьшается и глубина перезаряда конденсатора 4. На фиг. За, б приведены диаграммы токов и напряжений на фазной обмотке с выводом 1 и конденсаторе 4 при напряжении на секции 16, равном Етф. . Аналогичные процессы, но только ро сдвигом по фазе на и 240 соответственно, протекают в цепи фазных обмоток с выходными выводами .2 и 3. Максимальное напряжение, до которого может зарядиться каждая секция аккумуляторной батареи, в два раза превышает амплитудное значение фазного напряжения источника , а максимальное значение напряжения на нагрузке, слёдЬЙатёлЬно - в шесть раз. Три пары тиристоров 10 и 13, 11 и 14, 12 и 15 позволяют регулировать.

величяяу среднего значения вьшрямленого напряжения на нагрузке от 1,5 6 Ктф изменением угла их ОТКРЕ1ТИЯ, осуществляемого подачей импульсов на управлякицие электроды тиристоров с блока 20 контроля напряжения и управления тиристорами.

Таким образом изобретение позволяет существенно расширить Функционешьные возможности устройства путем увеличения в 3,5 раза по сравнению с известным ycTpof CTBbM диапазона регулирования напряжения на нагрузке, увеличить скорость передачи электрической энергии от источника в нагрузку и аккумуляторную батарею и тем самым улучшить удельные энергетические показатели устройства в целом.

Устройство особенно целесообразн применять в автономных системах электроснабжения, в которых в качестве -ОСНОВНОГО источника используется аккумуляторная батарея, а источник перакенного тока является дополнительным и применяется в основном для подзаряда аккумуляторной батареи. .

Формула изобретения

Устройство для питания нагрузки, содержащее трехфазный источник переменного тока с тремя выходными выводами, фазные обмотки которого включены по схеме звезда с нейтралью, три токоограничивающих конденсатора, каждый иэ которых в Мбченмёжду лучом звезды источника и соответствующим входным выводом выпрямителя, выполненного на шести вентилях, напри8

мер тиристорах, образуннцих две группы по три тиристора в каждой групп причем катоды тиристоров первой группы соединены между собой, а их аноды, образуквдие три входных вывода выпрямителя - с катодами соответствующих тиристоров второй группы, один из тиристоров которой свои анодом соединен с отрицательным выводом секционированной аккумуляторной батареи, подключенной к сопротивлению нагрузки, и блок контроля напряжения и фазового управления тиристорами, отличающеес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем увеличения диапазона регулирования напряжения на нагрузке, оно дополнительно снабжено третьей группой из трех тиристоров, а батарея выполнена из трех секций, соединенных последовательно-согласно,при этом нейтраль звезды источника пЪдключена к точке соединения.катодов тиристоров первой группы непосредственно, а к каждому из анодов тиристоров второй группы через соединённый согласно с ним соответствующий дополнительный тиристор третьей группы и соответствующую секцию аккумуляторной батареи.

Источники информации, принятые во,внимание при экспертизе

ч. 2, с. 259, рис. 7.