Устройство для питания нагрузки постоянным током Советский патент 1982 года по МПК H02J7/00 

t

Изобретение относится к системам питания нагрузки постоянным током как в стационарных условиях, так и на подвилснйх объектах от источника с большим внутренним сопротивлением и буферной аккумуляторной батареей (АБ), подзаряжаемой импульсным током источника.

Известно устройство дпя питания нагрузки от источника постоянного тока типа топливной батареи и буферной АБ,разделенной на несколько секций. Секции батареи в таком устройстве поочередно подключаются к источнику электрической энергии с помощый соответствующей пары автоматически управляемых выключателей, что позволяет импульсно подзаряжать эти секций, в результате чего потери энергии в батарее уменьшаются 5

Однако низкий КПД передачи энергии источника в нагрузку и необходимость использования в качестве выключателей полностью управляемых

2

вентилей существенно ограничивает использование этого устройства. Кроме того, АБ должна быть разделена на несколько секций.

Известно также устройство для заряда АБ импульсным током, энергия источника питания постоянного тока в котором передается В АБ через зарядный конденсатор даухобмоточный линейный дроссель и вентили. Благо10даря трансформаторной связи обмоток дросселя энергия источника передается в АБ во время заряда и разряда конденсатора 2j.

Отсутствие непосредственной ванической связи обмоток дросселя не позволяет уменьшить его массу за счет введения автотрансформаторной связи его обмоток.

Наиболее близК1Ш по технической

30 сущности к изобретению является устройство для питания нагрузки постоянным током, содержащее источник электрической энергии с большим внутренним сопротивлеинем, например батарею топливных элементов, отрицательный вывод которой подключен к отрицательному выводу для подключения АБ, а положиТбльные выводы источ ника и устройства объединены через ячейку из двух соединенных последовательно-согласно тиристоров, заряд ный конденсатор,.линейный дроссель и днод, обеспечивающие заряд АБ до направления, вдвое превышающего напряжение источника Т. Недостатком этого устройства является то, что во время заряда конденсатора энергия в АБ непосредственно от источника не поступает, а во время заряда АБ от конденсатора энергия источника не используется. Это ограничивает .скорость передачи энергии от источника в АБ, приводит к низкому коэффициенту использовани источника по мощности и ухудшает удельные энергетические показатели устройства в целом. Цель изобретения - улучшение удельных энергетических показателей устройства для питания нагрузки пос тоянным током путем увеличения скорости передачи энергии от источника в АБ без увеличения его массы. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для питания нагрузки постоянным током, содержащем источник электрической энергии с большим внутренним сопротивлением например батарею топливных элементо отрицательный выходной вывод которой подключен к отрицательному выво ду для подключения АБ, а положитель ные выводы источника и устройства соединены через ячейку из двух соед ненных последовательно-согласно тиристора, зарядный конденсатор, лине ный дроссель и диод, обмотка зарядного линейного дросселя снабжена отводом, который через зарядный кон денсатор подключен к точке соединения тиристоров, один вьюод его обмо ки подключен к отрицательному вьшоду для подключения АБ, а другой - к аноду диода, катод которого соедине с положительным выводом устройства. Кроме того, положительиь й вывод для подключения АБ через дополнител ный конденсатор подк.-вочен к отводу обмотки зарядного линейного дроссел Упомянутый диод вклю ен согласно последовательно с тиристорами в упо мянутую ячейку, а зарядный конденсатор шунтирован дополнительным диодом. Такое выполнение устройства позволяет питать нагрузку постоянным током повышенного напряжения не только от источника постоянного, но и от источников переменного тока. На фиг, 1 приведена электрическая схема устройства для питания нагрузки постоянным токомJ на фиг. 2, 3, 4 и 5 - варианты ее выполнения . Устройство (фиг.1) содержит источник постоянного тока (ИПТ) с большим внутренним сопротивлением (не показано) с потфжительным и отрицательным выводами. К положительному выводу ИПТ подключена тиристорная ячейка из двух соединенных последовательносогласно тиристоров I и 2, точка соединения которых через конденсатор 3 и дроссель 4 подключена к отрицательному выводу ИПТ и устройства. Катоды тиристора 2 и диода 5 подключены к положительному выводу АБ 6. А параллельно АБ 6 включено сопротивление нагрузки 7. В варианте устройства (фиг.2) имеется дополнительный конденсатор 8 подключенный между положительным вьшодом АБ 6 и отводом зарядного линейного дросселя 4. В варианте устройства (фиг.З) введен дополнительный диод 9 и изменена схема подключения тиристорной ячейки к положительной выходной клемме устройства. В вариантах устройств (фиг.4 и 5) содержится два параллельно включенных устройства по фиг. 1 и 3 соответственно. Управление тиристорами в обеих ячейках осуществляется от парафазного автогенератора (не показан), который выполнен по любой известной схеме, описанной в технической литературе . Принцип работы устройства следующий . При подаче импульса на открытие тиристора i ток ИПТ проходит по цепи: положительная клемма ИПТ - элементы I, 3 и 4 - отрицательная клемма ИПТ. Одновременно осуществляется заряд АБ 6 электромагнитным путем по контуру 4-5-6-4. При этом заряд электрическим кондукционным путем не происходит, так как ЭДС АБ больше 5 напряжения ИПТ. Прохождение тока че рез зарядный конденсатор (ЗК) 3 и АБ приводит к накоплению ими энерги После того, как ЗК зарядится до своего максимального напряжения, практически вдвре превышающего напряжение ИПТ, тиристор 1 запирается . (путем самопогасания) и к его катод прикладывается положительное напряжение ЗК. При подаче сигнала на управляющи электрод тиристора 2 последний откр вается и за счет энергии, запасенной ЗК, ток его разряда, проходя по цепи 3-2-6-4-3, подзаряжает АБ. Зарядный линейный дроссель-4, ограничивая ток разряда ЗК, запасает в своем магнитном поле энергию, пропо циональную квадрату мгновенного зна чения тока. Диод 5 в начале разряда 3 3 заперт, так как к его катоду приложено положительное напряжение ЗК, а в момент времени, когда поляр ность напряжения дросселя 4 за счет ЭДС самоиндукции изменится сначала на противоположную, АБ продолжает подзаряжаться по цепи 4-5-6-4 за счет энергии, запасенной в магнитном поле дросселя во время разряда З При подаче очередного импульса на открытие тиристора I, вновь, как было рассмотрено ранее, осуществляется заряд ЗК и АБ. Если отвод выполнен от середины обмотки зарядного дросселя 4, АБ заряжается до напряжения, вдвое большего напряжения источника за счет повышения напряжения на обмотке дросселя..В следующем полупериоде осуществляется разряд зарядного конденсатора, напряжение которого также почти.в два раза больше напряжения источника. Поэтому заряд АБ почти до удвоенного напряжения источника происходит практически непрерывно, а скорость передачи энергии от ИПТ в АБ в два раза больше, прототипе. В результате в два раза повышается коэффициент -использования источника по мощности, что приводит к значительному улучшению удельных энергетических показателей устройства. В устройстве по схеме фиг.2 с дополнительным конденсатором 8 включенным между положительным выводом АБ и отводом обмотки зарядного дросселя 4 путем наложения на постоянную составляющую тока заряда АБ (провоДИМОЙ через конденсатор 3 и дроссель 496 4), переменной сос- авляющей по цепи АБ - дополнительный конденсатор 8 - зарядный дроссель 4 - АБ формируется -ассиметричный ток заряда АБ, позволяющий осуществлять ускоренный заряд АБ. В устройстве по схеме фиг.З при подаче импульса на открытие тиристора 1 ток Ш1Т йроходит по цепи 1-3-4 и осуществляет заряд ЗК так, что на его левой обкладке оказывается положитехшный потенциал. Одновременно с этим за счет электромагнитной связи ВИТКОВ обмо.тки дросселя 4, охваченных общим магнитным потоком, на выводе обмотки дросселя, соединенной о анодом диода 5, наводится результирующее положительное напря-, ж;ение. Под действием этого напряжения, еслионо больше напряжения АБ, диод 5 открывается и энергия ИПТ передается в АБ. Передача энергии в АБ осуществляется электромагнитным путем по цепи 4-5-6-4. Кондукционным путем энергия от ИПТ в АБ не передается, так как ЭДС АБ больше напряжения ИПТ. Диод 9 и тиристор 2 в этом интервале времени находятся в закрытом состоянии, так как к их катодам приложено положительное напряжение. Если отвод от обмотки дросселя выполнен от половины ее витков, то напряжение на всей обмотке вдвое превышает напряжение на половине ее витков и в начальный период времени заряда ЗК примерно равно удвоенному напряжению ИПТ, а затем в процессе заряда ЗК уменьшается и при достижении напряжения на обмотке, равного ЭДС АБ, заряд электромагнитным путем прекращается, так как напряжением АБ запирается диод 5. В конце заряда ЗК напряжение на его обкладках примерно в два раза больше напряжения ИПТ. В следующем полупериоде подается сигнал на открытие тиристора 2 н ЗК, разряжаясь по цепи 3-2-5-6-4-3, передает свою энергию в АБ. Одновременно ток разряда ЗК проходит по цепи 3-2-4-3 и в-начале разряда к верхней половине омботки приложено примерно удвоенное напряжение источника, при этом напряжение Eta всей обмотке дросселя, примерно в 4 раза превышающее напряжение источника, прикладывается к АБ и она заряжается по цепи 4-5-6-4. Заряд АБ продолжа79ется до тех пор, пока напряжение на обмотке сравняется с ЭДС АБ. В устройствах по схемам фиг.4 и 5 сигналы на открытие тиристоров обеих ячеек сдвинуты на 80 эл.град., т.е одновременно открьшаются тиристоры I и 2, а затем - 2 и 1. Этр обеспечи вает улз чшение использования энергии и, соответственно, типовой мощности ИПТ за счет лучшего использова ния его тока. Процессы в этом устройстве аналогичны рассмотренным выше. Так как в устройства согласно изобретению АБ заряжается до повышен ного ( в 2-4 раза ) напряжения по срав нению с напряжением ИПТ или о Т зарядного конденсатора, или от зарядного дросселя, то скорость передачи энергии от ИПТ в АБ и коэффициент использования источника по мощности увеличивается, что существенно улучшает удельные энергетические показатели устройства. Формула изобретения 1 . Устройство для питания нагруэ ки постоянным током, содержащее .источник электрической энергии с боль шим внутренним сопротивлением, например батарею топливных элементов, отрицательный вывод которой подключен к отрицательному выводу для подключения аккумуляторной батареи, а положительные выводы источника и 8 устройства соединены через ячейку из двух соединенных последовательносогласно тиристоров, зарядные конденсатор. , линейный дроссель и диод, отличающееся тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей, обмотка зарядного линейного дросселя снабжена отводом, который через зарядный конденсатор подключен к точке соединения тиристоров, один вывод его обмотки подключен к отрицательному выводу для подключения аккумуляторной батареи, а другой - к аноду диода, катод которого соединен с положительным выводом устройства. 2.Устройство по п.1, о т л и ч а ю Щ е е с я тем, положительный вывод для подключения аккумуляторной батареи через дополнительный конденсатор подключен к отводу обмотки зарядного линейного дросселя. 3.Устройство по п.1, о т л и ча.ющееся тем, что упомянутый диод включен согласно-последовательно в упомянутую ячейку, а зарядный конденсатор шунтирован дополнительным диодом. Источники информации, принятые во внимание Ори экспертизе Г. Авторское свидетельство СССР №269263, кл. Н 02 1 7/00, 1970. , 2. Авторское свидетельство СССР 702459, кл. Н 02 7/10, 1977. 3. Опубликованная заявка Англии №1438377, кл. Н 2 J 7/00, 1976 (прототип) .

(риг. if

(раг. 5