Устройство для заряда емкостного накопителя электрической энергии Советский патент 1980 года по МПК H03K3/53 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА ЕМКОСТНОГО НАКОПИТЕЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

1 Изобретение относится к электротех нике и преимущественно может быть использовано в автономных системах электропитания емкостных накопителей электроэнергии. . Известно устройство для заряда емкостного .накопителя электрической энергии, содержащее трехфазный источ ник переменного тока, подключенный через трехфазный управляемый мостовой выпрямитель, линейнь1й дроссель и тиристор к емкостному накопителю элект рической энергии Cl3v Однако это устройство за счет бол шого количества полупроводниковых элементов, равного семи, имеет эгшышенные значения массы и габаритов. Кроме этого, такое-устройство обеспе чивает сравнительно низкое максималь ное значение зарядного напряжения ем костного накопителя. Наиболее близким к предлагаемок является устройство для заряда емкостного накопителя электрической KCJCrHUlU МЛЛиНИ Л.С.11Л ЛЧ5Л r - i-Wrb4 энергии, содержащее трехфазный источ ник переменного тока с тремя выходными фазными клеммами, три емкостных токоограничивающих зарядных элемента, два из которых выполнены в виде токоограничивающих конденсатоЭНЕРГИИров, один индуктивный зарядный элемент, выполненный в виде линейного дросселя, две диодные цепочки, каждая из которых состоит КЗ двух соединенных последовательно-согласно диодов, причем точки соединения диодов в этих цепочкаис подключены через упомянутые токоограничивающие конденсаторы соответственно к двум выходnjtm .nw . ...м ным фазным клеммам трехфазного источника переменного тока, при этом катод диода первой цепочки подключен к одной, анод диода второй цепочки к другой обкладкам емкостного накопителя электрической энергии, а анод другого диода первой цепочки - к первому выводу обмотки линейного щ осселя OJ. Однако в указанном устройстве потери электрической энергии на шести диодах обуславливают невысокий коэффициент полезного действия, а следовательно, завыиенные массу и гаваг- .г - риты. Кроме этого, максимальное зарядное напряжение емкостного накопителя сравнительно невысоко. Цель изобретения - улучшение удельных массогабаритных показателей устройства и увеличение максимальногг напряжении па е;мкостном накопителе ij.iei-. ri.ii-iGCJ-, ои энергии. Указанная цехпь достигается тем, что а устройстве для заряда ёмкостного накопителя электрической энергии, содержащем трехфазный источник переменного тока с тремя выходными фазными клеммами, три емкостных токо ограничивающих элемента, два из которых выполнены-в виде токоограничиваюцих конденсаторов, один индуктивиый зарядный элемент, выполненный в виде линейного дросселя, две диодных цепочки, каждая из которых состо ит из двух соединенных последователь но-согласно диодов, причем точки соед.шення диодов в этих .цепочках по клюмены через упомянутые токоогранич вагадие конденсаторы -соответственно к двум выходным фазным клеммам трехфазного источника переменного тока, при этом катод диода первой цепочки подключен к одной, анод диода второй цепоч-ки - к другой обкладкам емкостного накопителя электрической энергии, а анод другого диода первой цепстчки - к первом/ выводу обмотки линейного дросселя, третий емкостной токоограничивающий зарядный эле мент выполнен в виде ячейки из двух соединенных последовательно конденсаторов, которая подключена к обклад кам емкостного накопителя электрической энергии, причем точка соедине ния конденсаторов этой ячейки подключена ко второму выводу Обмотки линейного дросселя, при этом анод диода первой диодной цепочки, связа ный с первым выводом обмотки линейного дросселя, подключен к катоду райнего диода второй диодной цепоч и к третьей выходной фазной клемме трехфазного источника переменного тока. На чертеже изображена принципиал ная электрическая схема устройства для заряда емкостного накопителя электричес сой энергии. Устройст.во содержит трехфазный источник переменного тока с тремя фазными выходными клеммами 1,2,3, два токоограничивающих конденсатора 4 и 5, две диодные цепочки, каждая из которых состоит из двух соединен ных последовательно согласно диодов соответственно 6 и 7 и. 8 и 9 линейного дросселя 10 и емкостной.ячейки 11, выполненной из двух соединенных последовательно конденсаторов 12 и 13 и подключенной к обкладкам емкостного накопителя электрической энергии 14. Первая фазная выходная клемма 1 трехфазного источника пере менного тока через конденсатор 4 подключена к точке соединения диодо 6 и 7 первой диодной цепочки, фазная выходная клемма 2 через конденсатор 5 - к точке соединения дио дов 8 и 9 второй диодной цепочки, а третья фазная выходная KJ зьгма 3 подключена непосредственно к точке последовательно согласно соединения диодных цепочек и к первому выводу обмотки линейного дросселя 10,- второй вывод обмотки которого подключен к точке соединения конденсаторов 12 и 13 емкостной ячейки 11, катод диода 6 первой диодной цепочки и анод диода 9 второй диодной цепочки подсоединены к соответствующим обкладкам емкостного накопителя электрической энергии 14. Устройство работает следующим образом. Вначале каждого цикла заряда емкостного накопителя электрической энергии 14,. когда напряжение на нем меньше по величине амплитуды линейного напряжения за один.период изменения напряжений трехфазного источника переменного тока, заряд емкостного накопителя будет происходить следующим образом. В промежуток времени, при котором потенциал фазной выходной клеммы 1 выше потенциала фазной выходной клеммы 2, ток заряда течет по клемме 1, токоограничивающему конденсатору 4, диоду б, емкостному накопителю 14, диоду,9, токоограничивающему конденсатору 5 и клемме 2. В промежуток времени, при ко.тором потенциал фазной выходной клеммы 3 выше потенциала фазной выходной клеммы 2, ток заряда течет по цепи: клемма 3, линейный дроссель 10, конденсатор 12, емкостный накопитель 14, диод 9, конденсатор 5, клемма 2, а по окончании разряда конденсатора 12 до напряжения, равного нулю, ток заряда потечет по цепи: клемма 3, диод 7, диод б, емкостный накопитель 14, диод 9, конденсатор 5, клемма 2. В промежуток времени, при котором потенциал фазной выходной клеммы 1 выше потенциала фазной выходной клеммы 3, ток заряда течет вначале по цепи: клемма 1, конденсатор 4, диод б, емкостный накопитель 14, конденсатор 13, линейный дроссель 10, клемма 3, а по окончании разряда конденсатора 13 до напряжения, равного по величине нулю, ток заряда потечет по цепи: клемма 1, конденсатор 4, диОд 6, емкостный накопитель 14, диод 9, диод 8, клемма 3. В процессе дальнейшего заряда емкостного накопителя электрической энергии 14 на нем будет увеличиваться напряжение и при достихсении этого напряжения величины, равной удвоенному амплитудному значению линейного напряжения трехфазного источника переменного тока,режим заряда емкостного накопителя изменится и за один период изменения напряжений трехфазного источника заряд емкостного накопителя будет происходить следующим образом. В промежуток времени, при

котором потенциал фазной выходно . клеммы 1 вЕлше потенциала фазной .ыходной клеммы 3, заряд емкостко;: ; накопителя 14 осуществляется по цепи; клемма 1, конденсатор 4 (заряженный полярностью, показанно на чертеже, до амплитудного значения лине-.-ого напряжения Е гть предыду /:: полупериоде изменения этого же напряжения , диод б, емкостный нг-копитель 14, конденсатор 13 (заря;кен вый полярностью, указанной на чертеже до половинного значения напряжения емкостного накопителя), линейный дроссель 10, клемма 3. Одновременно с этим происходит заряд конденсатора 12 до половинного значения напряжения на емкостном накопителе 14 по цепи: клемма 1, токоограничивающий конденсатор 4, диод 6, конденсатор 12, линейный дроссель 10, клемма 3. В промежуток времени, при котором потенциал фазной выходной клеммы 3 выше потенциала фазной выходной клемз-лы 2, заряд емкостного накопителя 14 осуществляется по цепи: клемма 3, линейный дроссель 10, конденсатор 12 (заряженный полярностью, показанной на чертеже, до половинного значения напряжения емкостного накопителя, емкостной накопитель 14, диод 9, токоограничивающий конденсатор 5 (заряженный полярностью, указанной на чертеже, до амплитудного значения линейного напряжения Ewji в предьздущем полупериоде изменения этого же линейного напряжения ;, клемма 2. Одновременно с этим происходит заряд конденсатора 13 до половинного значения напряжения на емкостном накопителе 14 по цепи: клемма 3, дроссель 10, конденсатор 13, диод 9, конденсатор 5, клемма 2. Поскольку каждый из конденсаторов 12 и 13 может быть заряжен до удвоенного значения амплитуды линейного напряжения, то и емкостной накопитель электрической энергии 14 заряжается до учетверенного значения амплитуды линейного напряжения трехфазного источника переменного тока.

В связи с тем, что линейные напряжения и Oj2 трехфазного истоника переменного тока сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120, то и импульсы заряда конденсаторов 12 и 13 будут также сдвинуты по фазе на 120, что обеспечивает возможность использовать линейный дроссель 10, как для заряда конденсаторов 12 и 13, так и для их разряда через емкостной накопитель электрической энергии 14.

Следует отметить, что поскольку емкостные накопители электрической энергии конструктивно выполняются из последовательно параллельного соединения .конденсаторов большой емкости, то такой емкостный накопитель можно включить вместо конденсаторов

12 и 13. В этом случае устройство для заряда будет содержать всего лишь два токоограничивающих конденсатора 4 и 5, четыре диода 6-9 и линейный дроссель 10.

Описанное решение позволяет сократить до четырех общее количество полупроводниковых элементов и, тем самым, уменьшить массу и габариты предлагаемого устройства, а также уменьшить количество электрической энергии, рассеиваемой на омических сопротивлениях этих диодов, и повысить коэффициент полезного действия устройства, что в целом улучшает удельные массогабаритные показате5ли устройства. Кроме того, такое схемное решение обеспечивает заряд емкостного накопителя до напряжения, превышающее амплитудное значение фазного (линейного напряжения трехфазного источника в четыре раза.

0

Формула изобретения

Устройство для заряда емкостного накопителя электрической энергии, содержащее трехфазный источник переменного тока с тремя выходными фазными клеммами, три емкостных токоограничивающих зарядных элемента, два из которых выполнены в виде токоограничивающих конденсаторов, один индуктивный зарядный элемент, выполненный в виде линейного дросселя, две диодные цепочки, каждая из которых состоит из двух соединенных последовательно-согласно диодов, причем точки соединения диодов в этих цепочках подключены через упомянутые токоограничивающие конденсаторы соответственно к двум выходным фазным клеммам трехфазного источника переменного тока, при этом катод диода первой цепочки подключен к одной, анод диода второй цепочки - к другой обкладкам емкостного накопителя электрической энергии, а анод другого диода первой цепочки - к первому выводу обмотки линейного дросселя, отличающееся тем, что, с целью улучшения удельных массогабаритных показателей устройства и увеличения напряжения на емкостном накопителе электрической энергии, третий емкостной токоограничивающий зарядный элемент выполнен в виде ячейки из двух соединенных последовательно конденсаторов, которая подключена к обкладкам емкостного накопителя электрической энергии, причем точка соединения конденсаторов этой ячейки подключена ко второму выводу обмотки линейного дросселя, при этом анод диода первой диодной цепочки, связанный с первым выводом обмотки линейного дросселя, подключен к катоду крайнего диода второй

диодной цепочки и к третьей выходной фазно.й клемме трехфазного источника переменного тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 552680, кл. Н 03 К 3/53, 197.7.

2.Авторское свидетельство СССР 322853, кл. Н 03 К 3/53, 1972 (прототи-п) .

6

-i

,гч

ю

-кн

&

d