Автономная система электропитания Советский патент 1981 года по МПК H02J7/34 

1

Изобретение относится к преобразованиям параметров электроэнергии и может быть использовано в бортовых системах электропитания.

Известны автономные системы электропитания с первичным источником постоянного напряжения, использукяцие экстремальный регулятор мощности первичного источника, состоящий из двух секций первичного источника, силового органа, схемы умножения, запомкнаиодего устройства, элементы сравнения и сигнум-реле ij.

Недостатками таких устройств являются низкие КПД, малогабаритные показатели система и сложность экстремального регулятора.

Известны также автономные системы электропитания, содержащие первичный источник постоянного напряжения и аккумулятор, связанный с нагрузкой через вольтореверсивный стабилизатор постоянного напряжения, состоящий из ряда преобразовательных ячеек, магнитопроводы которых охвачеиыДВУМЯ полуобмотками, причем крайние .выводы полуобмоток связаны с нагрузкой и первичным источником через коммутирующие ключи, а средний вывод

подключен к соответствуквдему .полюсу аккумулятора 23 .

Недостатком этих систем является малоэффектив-ное использование первичного источника по мощности.

Цель изобретения - повышение КПД, снижение массогабаритов и упрощение автономной системы электропитания.

Указанная цель достигается тем,

0 что в автономную систему электропитания, содержащую первичный источник постоянного напряжения и аккумулятор, связанный с нагрузкой через вольтореверсивный стабилизатор посто5янного напряжения, состоящий из ряда преобразовательных ячеек, магнитопроводы которых охвачены двумя полуобмотками, причем крайние выводы полуобмоток связаны с первым блоком

0 коммутирующих ключей и с нагрузкой через второй блок коммутирующих ключей, а средний вывод подключен к соответствующему аккумулятору, введен экстремальный регулятор мощности и

5 схема его управления, при этом силовой орган экстремального регулятора выполнен в виде ряда трансформаторно-выпрямительных ячеек, две общие первичные полуобмотки которых 0 соединены средним выводом с первич:ным ИСТОЧНИКОМ питания, а крайними выводами с первым блоком коммутирующих ключей, выпрямители этих ячеек соединенные с нагрузкой через развязывающие диоды, зашунтированы транзисторными ключами., базовые выводы coтopыx соединены с выходами схемы управления экстремального регулятора Кроме того схема управления экстремального регулятора выполнена в виде аналого-цифрового преобразователя связанного своими выходами с управляющими входами всех трансформаторно-выпрямительных ячеек, кроме первой, и соединенного своим входом через интегратор с выходом компаратора входы которого, зашунтированные конденсаторами, подключены через дополнительные управляеглле ключи к выходу датчика тока, включенного .в цепь протекания суммарного тока первичного источника и выпрямителей ячеек, причем к управляющему входу первой ячейки и входу дополнительных управляемых ключей подключен выход делителя частоты, связанного с общим задающим генератором системы.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемой автономной системы электропитания.

Автономная система электропитания включает в себя первичный источник 1 постоянного напряжения, экстремальный регулятор 2, аккумулятор 3, вольреверсивный стабилизатор 4, две пары коммутирующих ключей 5 и 6 и нагрузку 7.

Выходные полуобмотки трансформаторных ячеек стабилизатора 4 соединены своим средним выводом с аккумулятором 3, крайними выводами через ключи 5 - с нагрузкой 7, а через ключи 6 и экстремальный регулятор 2 с первичным ИСТОЧНИКОМ 1. Силовой орган регулятора 2 выполнен из ряда трансформаторно-выпрямительных .ячеек 8, общие первичные полуобмотки которых соединены выводом с переменным источником 1, а крайними выводами - с ключами 6. Выпрямители ячеек 8, з.ашунтированные транзисторными ключами 9 и подключены через развязывающие диоды 10 к нагрузке 7. Схема управления 11 экстремальным регулятором 2 состоит из аналого-цифрового преобразователя 12, связанного своими выходами с базовыми выводами транзисторов 9 всех ячеек (кроме первой), и соединенного своим входом через интегратор 13 с выходом компаратора 14. Входы компаратора 14, заш1 нтированные конденсаторами 15 и 16, подключены через управляемые ключи 17 и 18 к выходу датчика тока 19, включенного в цепь протеканиясуммарного тока первичного источника 1 и выпрямителей всех ячеек 8. Базовый вывод транзистора

9 первой ячейки и вход управляе ых ключей 17 и 18 соединен с выходом делителя частоты 20, связанного с общим задакяцим генератором системы.

Системы электропитания работают следующим образом.

В режиме сеансной нагрузки, когда мощность нагрузки 7 превышает расчетную мощность первичного источника 1, ток нагрузки складывается из тока первичного источника 1, тока трансформаторно-выпрямительных ячеек 8 и тока разряда аккумулятора 3. Коммутирукицие ключи 5 и б поочередно переключаются, образуя в каждом из полупериодов путь прохождения для составляющих тока нагрузки. Вольтореверсивный стабилизатор 4 путем изменения соотношения между количеством включенных и отключенных инверторных ячеек обеспечивает поддержание стабильного напряжения на нагрузке 7.

В дежурном режиме выходная мощность источника 1 превышает мощность нагрузки 7 и остаток мощности источника 1 идет на заряд аккумулятора 3.

Экстремальный регулятор мощности 2, состоящий из трансформаторно-выпрямительных ячеек 8 и cxeNtJ управления 11, работает следующим образом.

В отдельных режимах, когда выходное напряжение первичного источника 1 превышает напряжение на нагрузке 7, ячейки 8 обеспечивают необходимое вольтовычитание из напряжения и , Величина вольтовычитания, определяемая количеством ячеек 8, находящихся в выпрямительном режиме (транзистор 9 закрыт), автоматически устанавливается такой, чтобы с первичного источника снималась максимально возможная мощность. Величина снимаемой мощности однозначно определяется значением тока, протекаквдего по датчику 19, что объясняется постоянством напряжения на нагрузке.

Те ячейки 8, у которых ключ 9 замкнут, находятся в режиме короткого замыкания, а потому никакого вольтовычитания не производят.

Схема управления 11 работает таким образом, чтобы по датчику 19 протекал максимально возможный ток. Для этого частота общего задающего генератора системы делится в делителе частоты 20 в четное число раз. Периодическое напряжение с выхода делителя частоты 20 на половину периода замлкает транзисторный ключ 9 первой трансформаторно-выпрямительной ячейки 8 и-управляемый ключ 17. Во вторую половину периода транзисторный ключ 9 и управляемый ключ 17 размыкаются и эa ллкается управляемый ключ 18.

При этом напряжения на конденсатоf рах 15 и 16 устанавливаются пропорциональными токам, протекающим через ;датчик тока 19 в соответствующие полупериоды. Компаратор 14, сравнива напряжение на конденсаторах, определ ет в какой из полупериодов ток чере датчик тока 19 больше и вьщает сигн на вход интегратора 13. Если, например при замкнутом клю че 9 и замкнутом ключе 17 оказывает ся, что Ц Ц, это свидетельствует что перевод ячеек 8 в режим коротко го замыкания сопровождается ростом потребляемой мощности от первичного источника 1. При этом напряжение на выходе компаратора 14 становится положительным, что обуславливает срав нительно медленное увеличение напряжения на интеграторе 13 (например конденсатор) и последовательное во времени включение транзисторов 9. Та кой процесс длится до тех пор, по- ка Цд. Как только станет U.,, компаратор 14 перебросится, что приведет к уменьшению напряжения на выходе интегратора и переводу одной или нескольких ячеек 8 в режим выпрямления. Установившийся режим характеризуется постоянным соотношением меж ду числом ячеек 8, находящихся в раз ных состояниях. Ячейка 8 постоянно переводится из одного состояния в другое для определения рабочей точки первичного источника питания 1. Преимущество предлагаемой системы перед известной состоит в том, чт экстремальный регулятор использует дискретное регулирование, тогда как в известной системе питания аналогич ный регулятор использует широкоимпульсное регулирование. В этой системе расчетная мслцность всех трансформаторно-выпрямительных ячеек расчитана только на часть мощности первичного источника, в связи с чем экстремальный регулятор характеризуется большим КПД и меньшими массогабаритами. Кроме того, в предлагаемом устройстве управления регулятором однозначное определение снимаемой М1эдности с первичного источника достигается по показанию одного лишь датчика тока, включенного в соответству щую цепь, что упрощает практическую реализацию канала управления. Формула изобретения 1. Автономная система электропитания, содержащая первичный источник постоянного напряжения и аккумулятор, связанный с нагрузкой через вольтораверсивный стабилизатор постоянного напряжения, состоящий из ряда преобразовательных ячеек, магнитопроводы которых охвачены двумя полуобмотками, причем крс1йние выводы полуобмоток связаны с первым блоком коммутирующих ключей и с нагрузкой через второй блок коммутирующих ключей, а средний вывод подключен к соответствующему полюсу аккумулятора, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД и снижения массогабаритов, в систему введен экстремальный регулятор мощности и схема управления этим регулятором, при этом силовой орган экстремального регулятора выполнен в виде ряда трансформаторно-выпрямительных ячеек, две общие первичные полуобмотки которых соединены средним выводом с первичным источником питания, а крайними выводами с первым блоком коммутирующих ключей, выпрямители . этих ячеек, соединены с нагрузкой через развязывающие диоды, зашунтированы транзисторными ключами, базовые выводы которых соединены с выходами схемы управления экстремального регулятора. 2. Автономная система электропитания ПОП.1, отличающаяся тем, что с целью упрощения, схема управления экстремальным регулятором выполнена в виде аналого-цифрового преобразователя, связанного своими выходами с управлявшими входами всех трансформаторно-выпрямительных ячеек, кроме первой, и соединенного своим входом через интегратор с выходом компаратора, входы которого, зашунтированные конденсаторами, подключены через дополнительные управляемые ключи к выходу датчика тока, включенного в цепь протекания суммарного тока первичного источника и выпрямителей ячеек, причем к управляющему входу первой ячейки и входу дополнительных управляег 1х ключей - подключен выход делителя частоты, связанного с общим задающим генератором системы. Источники информации принятые во внимание при экспертизе 1.Коробан Н.Т. и др. Исследование и разработка автономных систем электроснабжения с бесконтактным первичным источником. Сб. Электрические машины и преобразователи автономных электросистем.. М., МЭИ, 1975, Вып. 258. 2,Авторское свидетельство СССР по заявке 2620298/07, кл. Н 02 J 7/34, 1978.

.J