Устройство для питания нагрузки Советский патент 1981 года по МПК H02J7/34 G05F1/60 

() УСТРОЙСТВО для ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ

I

Изобретение относится к области регулирования электрических величин, конкретно, к стабилизации напряжения аккумуляторных батарей, питающих нагрузку. .Данное устройство может быть использовано для питания различных устройств автоматики, телемеханики привода и технологических установок.

Известны непрерывные стабилизаторы напряжения, широко применяемые в источниках питания ГП. Основным элементом таких стабилизаторов является транзисторный регулирующий элемент, управляемый схемой управления. Существенным недостатком таких стабилизаторов, является их сравнительно невысокий (не более 50° КПД из-за большого перепада напрях(ения на регулирующем элементе. Известны также двухканальные стабилизаторы напряжения, содержащие непрерывный и импульсный каналы 2.

Известен также стабилизатор напря жения дискретного типа, используемый

В буйерных электропитающих установках 3.

Буферная электропитающая установка состоит из генератора, отрегулированного на требуемое напряжение, который, наряду с питанием нагрузки, заряжает батарею аккумуляторов, разделенную на две группы - основную, которая представляет собой батарею из 17-18 аккумуляторов, и дополнительную, состоящую из А-5 аккумуляторов. Заряд основной группы аккумуляторных батарей осуществляется при постоянном напряжении, дополнительной - при постоянном токе. При .уменьшении напряжения на основной группе батарей до величины, несколько меньшей или равной ЭДС заряженной батареи, переключаю цее устройiCTBO соединяет основную и дополнительную батареи последовательно, увеличивая тем самым напря ; ение.

Существенным недостатком такого стабилизатора напряжения является завышенная установленная мощность ак кyмyлятopн llx батарей, так как суммарная емкость батарей выбирается исходя из того, чтобы при полностью заряженных аккумуляторных батареях основная батарея обеспечивала с не- которым запасом нормальную работу потребителя. При этом дополнительная батарея не отделяют энергию в нагрузку, а наоборот, потребляет энергию для своего подзаряда. За счет дополнительной группы батарей и увеличивается установленная мощность аккумуляторных батарей.Кроме того, обе группы батарей работают в разных рех{имах: основная - в раз ряда, дополнительная - в режиме подзаряда. Следовательно, сроки службы у аккумуляторных батарей будут различны, что снижает надежность. Наиболее близким по технической сущности к описываемому изобретению является устройство для питания нагрузки, содержащее последовательно включенные основную и дополнительную аккумуляторную батареи и переключающий блок, подсоединенный к элементам дополнительной батареи и к датчику напряжения аккумуляторных батарей ft . . Целью изобретения является снижение установленной мощности аккумуляторных батарей, повышение КПД и увеличение надежности путем введения в схему стабилизатора напря кения дополнительной обратной связи на вход реверсивного регулятора через измерительный преобразователь тока с дат чика тока, установленного в цепи основной группы аккумуляторных батарей На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Стабилизатор напряжения аккумуляторных батарей состоит из зарядного устройства 1, основной группы аккуму ляторных батарей 2, дополнительной группы аккумуляторных батарей 3, реверсивного регулятора k, измерительного преобразователя тока 5, датчика тока 6, быстродействующих транзисторных ключей 7, схемы управления ключами 8, измерительного преобразователя напряжения 9, непрерывного стабилизатора напряжения 10. Зарядное устройство 1 подключено к основной 2 и дополнительной 3 груп пам аккумуляторных батарей, соединенных между собой. На выходе дополнительной группы батарей 3 подключен реверсивный регулятор Ц, к управляющему входу которого подключен через измерительный преобразователь тока 5 датчик тока 6, установленный в цепи основной группы батарей 2. К выводным клеммам дополнительной группы батарей 3 подключены быстродействующие ключи 7, управляемые схемой управления 8, вход которой соединен с выходом измерительного преобразователя напряжения 9. На выходе устройства подключен непрерывный стабилизатор напряжения 10. Схема работает следующим образом. При полностью заряженных батареях, когда напряжение на них соответствует номинальному, ключ 7 находится в положении, указанном на чертеже. При снижении напряжения на батарее 2 по мере ее разряда до некоторого уровня, равного уставке срабатывания схемы управления 8, (отличающейся от номинального напряжения на величину напряжения на одном акi yмyлятopeJ , срабатывает ключ 7, подключая последовательно к основной группе батарей 2 один из элементов дополнительной батареи 3. Число подключенных элементов дополнительной батареи 3 к основной батарее 2 зависит; от степени разряда основной батареи. При этом непрерывный стабилизатор напряжения 10 на выходе устройства работает в наиболее экономичном режиме. Так как основным элементом непрерывного стабилизатора 10 является транзисторный регулирующий элемент, то КПД стабилизатора определяется в основном потерями на данном элементе,, равными . где йРн потери на регулирующем элементе; перепад напряжений на регулирующем элементе, контролируемый схемой управления 8 ключами 7; прямой ток, протекающий через регулирующий элемент. 6 данном случае потери на регулирующем элементе невелики, так как перепад напряжения AU , равный напряжению на одном аккумуляторе, не превосходит 2 В. Даже при токеЭпр 100 А в наихудшем режиме, когда дU 2 В, потери мощности на регулирующем 5 элементе не превышают 200 ВА. Т.е. КПД такого стабилизатора, в котором стабилизация напрлх ения осуществляе ся двумя каналами - грубым (дискрет но с помощью быстродействующих тран зисторных ключей 1) и точным (с помощью высокоэкономичного непрерывно го стабилизатора напряжения 10 , весьма высок. Даже при больших поездках напряжений на нагрузке перепад напряжений на регулирующем элементе не пре вышает заданной величины, так как быстродействующие транзисторные клю чи с достаточной быстротой ликвидируют провал напряжения. Неподключив шиеся элементы из дополнительной гру пы аккумуляторных батарей 3 работаю в таком же режиме, что и батареи ос новной группы 2. Это достигается тем что на вход реверсивного регулятора 4,задающего ток в оставшихся элементах дополнительной группы батарей 3, заведена обратная связь через измерительный преобразователь тока 6, установленный в цепи основной группы батарей 2. Т.е. ток, протекающий в неподключившихся элементах дополнительной группы батарей 3 с точностью работы датчика тока 6 и измерительного преобразователя тока 5,равен току, протекающему в цепи основной группы аккумуляторных бата рей 2. Этим достигается то, что емкость любого аккумулятора в каждой из аккумуляторных батарей 2 и 3 изменяется во времени по одному и тому же закону, так как через все аккумуляторы протекает одинаковый по величине ток. При этом неподключившиеся элементы дополнительной группы аккумуляторных батарей с помощью реверсивного регулятора отдают запасенную в них энергию в нагрузку (так же, как и основная группа аккумуляторных батарей), уменьшая тем самым установленную мощность батарей, а также повышая КПД устройства и увеличивая долговечность работы батарей, так как нагрузка распределяется равномерно между всеми элементами батарей. Даже при выходе из строя 72 группы батарей (например, основнойj энергию в нагрузку будет отдавать оставшаяся в работе батарея (например, дополнительная). Теоретические исследования и испытания макетных образцов показали, что применение такого рода устройств весьма эффективно, так как позволяет построить высокоэкономичную адаптирующуюся систему с высоким КПД практически на любых энергетических урое. нях за счет введения дополнительной обратной связи на вход реверсивного регулятора устройства. Формула изобретения Устройство для питания нагрузки, содержащее последовательно включенные основную и дополнительную аккумуляторные батареи и переключающий блок, подсоединенный к элементам дополнительной батареи и к датчику напряжения аккумуляторных батарей, о тличающееся тем, что, с целью снижения установленной мощности аккумуляторных батарей, повышения КПД и увеличения надежности устройства, в него введены стабилизатор напряжения, включенный на выходе устройства, датчик тока в цепи основной аккумуляторной батареи, измерительный преобразователь тока и реверсивный регулятор, причем выход датчика тока через измерительный преобразователь тока подключен ко входу реверсивного регулятора, установленного в цепи дополнительной аккумуляторной батареи. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Додик С. Д. Полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения и тока. М., Советское радио, 19б2, с. 172. 2.Авторское свидетельство СССР N 638936, кл. G, 05F 1/56, 1977. 3.Романов В. В. и др. Химические источники тЬка. И,, Советское радио 1978, с. 136. k. Авторское свидетельство СССР N 172881, кл. Н 02 J 7/36, 19б|.

о о о 9 Q Q

L-4I г