Устройство для питания нагрузки Советский патент 1981 года по МПК H02J7/34 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ

1

Изобретение относится к эксплуатации источников питания с большим внутренним сопротивлением типа термоэлектрических генераторов, используемых совместно с аккумуляторной батареей в качестве автономных источников питания.

Известны источники питания с большим внутренним сопротивлением, такие как полупроводниковые термоэлектрические генераторы, которые используются для питания автономных потребителей. Эти источники обычно используются совместно с аккумуляторными батареями и работают при этом в режиме питания нагрузки и заряда батареи или питание нагрузки осуществляется от этой батар и. В этих устройствах аккумуляторная батарея работает в буферном режиме.

Известна автономная система электропитания, содержащая нерегулируемый первичный источник напряжения постоянного тока, буферный аккумулятор, подключенный через импульсный стабилизатор напряжения к нагрузке, и регулятор напряжения, подключенный между источником питания и нагрузкой. В этом устройстве аккумуляторы работают в буферном режиме, что от

рицательно сказывается на сроке их службы ввиду отсутствия периодических режимов глубокого разряда с последующим зарядо.м, что способствует восстановлению накопительных свойств аккумуляторов 1.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, содержащее термоэлектрогенератор, схему запуска и контроля выхода на режим термоэлектрогенератора, буферную аккумуляторную батарею, стабилизатор напряжения, разделительный диод, схемы токовой и тепловой защиты, схему коммутации. В этом устройстве аккумуляторная батарея работает в буферном режиме, что отрицательно влияет на ее срок службы 2. При уменьшении суммарного тока нагрузки и заряда аккумуляторной батареи возрастает ток стабилизатора напряжения на выходе термоэлектрического генератора, что приводит к увеличению потерь электроэнергии, и при полном заряде аккумуляторной батареи и при отсутствии- нагрузки термоэлектрогенератор будет работать на стабилизатор напряжения, что приводит к излищнему расходу топлива. Цель изобретения заключается в увеличении срока службы аккумуляторной батареи, сокращении потерь электроэнергии и уменьшении расхода топлива. Это достигается тем, что устройство для питания нагрузки, содержащее термоэлектро генератор, блок запуска термоэлектрогенератор, блок запуска термоэлектрогенератора, стабилизатор напряжения на выходе термоэлектрогенератора, два- щиротноимпульсных преобразователя для питания нагрузки и для заряда аккумуляторной батареи, связанные с задающим генератором и магнитным усилителем, обмотка управления которого подключена к шунту в цепи нагрузки, и аккумуляторную батарею, снабжено блоком управления, который содержит пороговые устройства минимального и максимального напряжения аккумуляторной батареи, коммутирующее устройство и устройство для задержки. При этом вход коммутирующего устройства подключен к выходу порогового устройства максимального напряжения и к выходу порогового устройства минимального напряжения через устройство задержки, а контакты коммутирующего устройства включены в разрыв цепи аккумуляторной батареи и нагрузки. Кроме того, второй выход порогового устройства максимального напряжения подключен к отключающему входу блока запуска термоэлектрического генератора, а второй выход порогового устройства минимального напряжения - к включающему входу блока запуска. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для питания нагрузки. Устройство содержит термоэлектрический генератор 1, блок 2 запуска термоэлектрического генератора с электромагнитным клапаном для подачи топлива; стабилизатор 3 напряжения параллельного типа, обеспечивающий стабилизацию напряжения путем поддержания постоянства тока, протекающего через термоэлектрогенератор; задающий генератор 4, управляющий совместно с магнитным усилителем (обмотки Wo.c) работой щиротно-импульсного преобразователя 5 питания нагрузки и щиротно-импульсного преобразователя 6 для заряда аккумуляторной батареи; шунт 7, сигнал с которого снимается для обеспечения широтно-импульсной модуляции; блок 8 управления, содержащий коммутирующее устройство 9 с контактами Ki и Кг в цепи аккумуляторной батареи и нагрузки, пороговые устройства максимального 10 ) и минимального 11(U,,) напряжения с устройством 12 задержки, которые обеспечивают управление блоком запуска термоэлектрического генератора и переключение аккумуляторной батареи с режима заряда на питание нагрузки. Устройство работает, следующим образом. При запуске термоэлектрогенератора и выходе его на режим стабилизированное напряжение со стабилизатора 3 подается на задающий генератор 4 и на выходные каскады усилителей мощности широтноимпульсных преобразователей 5, 6. Прямоугольные импульсы от задающего генератора через трансформатор поступают на входы щиротно-импульсных преобразователей 5, 6. Последовательно с нагрузкой 13 включен щунт 7, с которого напряжение, про.порциональное току нагрузки, снимается в обмотку обратной связи (Vo.t) магнитного усилителя управления щиротно-импульсной модуляцией через рабочие обмоткиWpi,Wpi, Wp3, WpgMarHHTHoro усилителя. Рабочие об„отки магнитного усилителя Wpi, Wp HWpj, Vp включены таким образом, что на обмотках выходных трансформаторов щиротно-импульсных преобразователей сигнал появляется в противофазе с длительностью импульсов, пропорциональной сигналу, снимаемому с шунта 7. Напряжение с выхода щиротно-импульсного преобразователя 6 поступает через выпрямитель на заряд аккумуляторной батареи (если она разряжена). По мере уменьшения тока через нагрузку 13 уменьщается сигнал в обмотке WQ магнитного усилителя и длительность и.мпульсов на выходной обмотке трансформатора преобразователя 5 уменьшается, а д.тительность импульсов на выходной обмотке трансформатора преобразователя 6 увеличивается, что приводит к более быстрому заряду аккумуляторной батареи. По мере заряда аккумуляторной батареи до максимально допустимого напряжения в блоке 8 управления срабатывает пороговое устройство 10 () через коммутирующее устройство У контактами К и Кг происходит подключение аккумуляторной батареи к нагрузке. Одновременно с этим от порогового устройства 10 () подается управляющий сигнал на электро.магнитный клапан дозировки топлива блока 2 запуска. Термоэлектрогенератор переключается на дежурный режим. Задающий генератор 4 прекращает генерировать, и работа щиротноимпульсных преобразователей 5, 6 срывается. Аккумуляторная батарея начинает разряжаться на нагрузку. При достижении минимального значения напряжения на аккумуляторной батарее в процессе ее разряда в цепи нагрузки срабатывает пороговое устройство И () При этом с порогового устройства 11 подается сигнал на включение электромагнитного клапана блока 2 запуска для выхода термоэлектрогенератора на номинальный режим И одновременно на устройство 12 задержки, через которое коммутирующее устройство 9 блока 8 управления отключает аккумуляторную батарею от нагрузки 13. До момента истечения задержки времени термоэлектрогенератор выходит на номинальным режим, запускается задающий генератор, ноявляется регулируемое напряжение на обмотках выходных трансформаторов широтно-импульсных преобразователей 5, 6, при этом питание нагрузки 13 и заряда аккумуляторной батареи осуществляется от термоэлектрогенератора. Таким образом, в предлагаемом устройстве с помощью блока управления обеспечивает ся заряд аккумуляторной батареи до напряжения установки порогового устройства максимального напряжения и разряд до напряжения установки порогового устройства минимального напряжения в отличие от устройств, где аккумуляторная батарея работает в буферном режиме, что улучщает условия эксплуатации аккумуляторной батареи и увеличивает срок ее службы. Периодическое переключение аккумуляторной батареи с режима заряда через широтно-импульсный преобразователь 6 на режим питания нагрузки обеспечивает возможность использования всей электроэнергии термоэлектрического генератора при его работе в номинальном режиме, исключая при заряде аккумуляторной батареи потери в стабилизаторе напряжения, а также сокращает расход топлива при переводе термоэлектрогенератора в дежурный режим при работе аккумуляторной батареи на нагрузку. Формула изобретения Устройство для питания нагрх ки, содержащее термоэлектрогенератор, блок запуска термоэлектрогенератора, стабилизатор напряжения, подключенный к выходу термоэлек трогенератора, два широтно-импульс.ных преобразовагеля для питания нагрузки и для заряда аккумуляторной батареи, связанные с задающим генератором и магнитным усилителем, обмотка управле1ия которого подключена к щунту в цепи нагрузки, и акку.муляторную батарею, отличающ1.еся тем, что, с целью увеличения срока службы аккумуляторной батареи, сокращения потерь электроэнергии и уменьщения расхода топлива, оно снабжено блоком управления, выполненным на основе пороговых устройств максимального и минимального напряжения аккумуляторной батареи, коммутирующего устройства л устройства задержки, причем входы пороговых устройств подключены к аккумуляторной батарее, первые выходы порогового устройства минимального напряжения через устройство задержки и порогового устройства максимального напряжения непосредственно подключены к входу коммутирующего устройства, контакты которого с одной стороны подключены в цепь аккумуляторной батареи, а с другой - в цепь нагрузки, второй выход порогового устройства максимального напряжения аккумуляторной батареи подключен к отключающему входу блока запуска термоэлектрогенератора, а второй выход порогового устройства минимального напряжения аккумуляторной батареи - к включающему входу блока запуска термоэлектрогенератора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N° 491183, кл. Н 02 J 7/34, 1974. 2.Егоров В. С. и др. Блоки стабилизации напряжения, автоматики и защиты термоэлектрического генератора УГМ-200. Химические и физические-источники тока, вып. 4, 1978, с. 11, 12.