Устройство для заряда и разряда батареи химических источников тока

 

1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА И РАЗРЯДА БАТАРЕИ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА (ХИТ), содержащее выходные вьшоды, мостовую схему выпрямления, в плечи анодно группы которой включены регулирующие транзисторы, коллекторы которых объединены, выход катодной группы вентилей схемы вы1фямления связан с резистором, эмиттеры регулирующих транзисторов через элементы обратной связи и развязьюакшрсе диодал соединены с соответствующими выводами вторичных обмоток силового трансформатора, а базы регулирующих транзисторов через усилители и узлы сравнения связаны с выводами вторичных цепей первых элементов гальванической развязки, первичные цепи которых подключены в выходную цепь задатчика тока, источники питания, соединенные с соответствуюа1ими усилителями и узлами сравнения, которые также связаны с эмиттерными цепями peгVпиpyющиx транзисторов, а общие щины источниi .KOB питания соединены с соответствующими точками объединения анодов развязывающих диодов и элементов (Л обратной связи, узел режимов, от-, С личающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства и осуществле ния рекуперации энергии разряда батареи ХИТ в сеть, в качестве вентилей катодной группы мостовой схемы выпрямления использованы ключевые злементы и в устройство дополнительно введены схема синхронизации состоящая из согласующего трансформа тора, выводы в-торичных обмоток которого соединены с входсм блока компараторов, а выход блока компардторЪв связан с входом узла формтфователей импульсов,, схема согласования сигналов, вторые.и третьи элементы гальванической развязки, ключи , причем положительный выходной вывод через первый ключсоединен.с объединенными коллекторами регулирующих транзисторов, а через второй и третий ключи связан с резисто .ром, отрицательный выходной вывод

00}03 ССВЕТСНИХ

NUN

РЕСПУБЛИН з сю

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3604333/24-07 (22) 15. 06. 83 (46). 30.11.84. Бюл. 8 44 (72) В.И. Шавлов и В.В. Сентюрин (71) Специальное проектно-конструкторское бюро технологического оборудования для промышленности источни-, ков тока (53) 621.355.163(088.8) (56) 1. Зорохович А.F.. и др. Устрой-.. ства для заряда и разряда аккумуляторных батарей. И., "Энергия", 1975, с. 75, рис. 4-8.

2. Там же, с. 76, рис. 4-9.

3. Там же, с. 82, рис. 4-14.

4. Там же, с. 130-148.

5. Авторское свидетельство СССР

В 520667, кл. Н 02 J 7/.12, 1975.

6. Заявка ФРГ Р 2544763, кл. Н 02 J 7/10, 1977.

7. Заявка Франции Р 2274156, кл. Н 02 J 7/10,. 1976.

8. Заявка Японии У 48-18298, кл. Н 02 J 7/10, 1978.

9. Патент США 9 4152635, кл. Н 02 Х 7/04, 1980.

10. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3524227/07, кл. Н 02 J 7/10, 1983 ° (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА И

РАЗРЯДА БАТАРЕИ ХИИИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА (ХИТ), содержащее выходные. выводы, мостовую схему выпрямления, в плечи анодной группы которой включены. регулирующие транзисторы, коллекторы которых объединены, выход катодной группы вентилей схемы выпрямления связан с резистором, эмиттеры регулирующих транзисторов через элементы обратной связи.и раз,„SU„, 1127043 А вязывающие диоды соединены с соответствующими выводами вторичных обмоток силового трансформатора, а базы регулирующих транзисторов через усилители и узлы сравнения связаны с выводами вторичных цепей первых элементов .гальванической развязки, .первичные цепи которых подключены в выходную цепь задатчика тока, источники питания, соединенные с соответствующими: усипителями и узлами сравнения, которые также связаны с эмиттерными цепями регулирующих транзисторов, а общие шины источни.ков питания соединены с соответствун щими точками объединения анодов развязывающих диодов и элементов обратной связи, узел режимов, о т - . л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства и осуществле- Я ния рекуперации энергии разряда батареи ХИТ в сеть, в качестве вентилей катодной группы мостовой схемы выпрямпения использованы ключевые М элементы и в устройство дополнительно введены схема синхронизации; () состоящая из согласующего трансформатора, выводы вторичных обмоток которого соединены с входом блока компараторов, а выход блока компара- . торов связан с.входом узла формщ>ователей им у схема согласования сигналов, вторые и третьи эле-,фф менты гальванической развязки. ключи, причем положительный выходной вывод через первый ключ соединен. с объединенными коллекторами регули« рующих транзисторов, а через второй и третий ключи связан с реэисто ром, отрицательный выходной вывод

127043

1 через четвертый ключ соединен с объединенными коллекторами регулирующих транзисторов, а через пятый ключ связан с третьим ключом, при этом выводы первичных обмоток согласующего трансформатора схемы синхронизации соединены с соответствующими выводами первичных обмоток силового трансформатора, а выходы узла формирователей импульсов схемы синхронизации связаны со схемой согласования сигналов, на выход которой подключены первичные цепи. вторых элементов гальванической развязки, вторичные цепи которых подключены к соответствующим узлам сравнения, на выход схемы согласования сигналов также подключены первичные цепи третьих элементов гальванической развязки, вторичные цепи которых являются упомянутыми ключевыми элементами катодной группы мостовой схемы выпрямления, схема согласования сигналов связана с узлом режимов, который также соединен со схемой синхронизации.

2, Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью осуществления полного разряда батареи ХИТ, в него дополнительно введен компаратор, подключенный через введенные шестой н седьмой ключи к положительному и отрицательному выходным выводам, причем компаратор и введенные ключи связаны соответственно со схемой согласования сигналов и узлом режимов.

3, Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сглаживания пульсаций заурядно-разрядных токов, в него дополнительно введены дроссель и восьмой ключ, свя.занные между собой и включенные в зарядно-разрядную цепь параллельно третьему ключу.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для проведения формовки и испытаний химических источникон тока на емкость. 5

Известны устройства для заряда и разряда химических источников тока .(ХИТ), в которых регулирование и стабилизация зарядно-разрядных токов осуществляется с помощью реэисто 1О ров $13, автотрансформаторов 2 3, электродинамических стабилизаторов

f33, тиристорных преобразователей 43..

Недостатком указанных устройств является высокий коэффициент пульсаций зарядно-разрядных токов, который объясняется фазовым регулированием синусондального напряжения (тока), а также сложность регулирования угла .включения тнристоров при регулировании и стабилизации зарядно-разрядных токов, несмотря на возможность осуществления рекуперации энергии разряда ХИТ s сеть.

2S

Известны"также устройства для заряда и разряда ХИТ на основе магнитных усилителей (5).

Однако эти устройства характеризуются достаточно высоким коэффициентом пульсаций зарядно-разрядных токов, который объясняется фазовым регулированием синусоидального напряжения (тока) сети, хотя он ниже коэффициента пульсаций устройств на основе тиристорных преобразователей, так как быстродействие магнитного усилителя в значительной степени ниже быстродействия тиристоров; недостаточным использованием мощности

Э т.е. невысоким соз Ч, так как велика реактивная составляющая мощности; невозможностью рекуперировать энергию разряда ХИТ в сеть. Недостатком устройства является также использование резисторов для рассеивания энергии ХИТ в режиме разряда при осуществлении разряда управляемым стабилизированным током, большой вес и использование дефицитных материалов (высококачаственной стали и ме-. ди) .

Известны также устройства для заряда ХИТ, в которых в качестве регулирующего элемента (регулирующего органа) используется транзистор.

3 1127, Обычно эти компенсационные стабилизаторы напряжения (сети) последовательного и параллельного типов (6), (7), (8 ) и (9). Они имеют низкий коэффициент пульсаций., так как регулирующий транзистор. работает в ,линейном режиме.

Недостатками данных устройств являются низкий КПД и ограниченное значение максимального стабилизированного тока заряда, низкая нагрузочная способность, которая определяется ограниченной и недостаточно большой допустимой рессеиваемой мощностью и напряжением коллекторного питания транзистора отсутствие возможности вести разряд ХИТ; непрерывный режим работы регулирующего транзистора, который сказывается íà его температурном режиме (тепловом). 20

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее мостовую схему выпрямления напряжения сети (в данном случае однофазную, а может быть и многофазной), в плечи анодной группы которой включены регулирующие транзисторы, причем коллекторы транзисторов объединены и подключены к одному из выводов батареи ХИТ, другой вывод которой через регулируемый резистор соединен с катодами вентилей катодной группы схемы.напрямления в эмиттерные цепи транзисторов включены резисторы обратной связи и развязывающие дио, ды; базы транзисторов через усилите- З5 ли подключены .к узлам сравнения, к которым также подключены вторичные цепи развязывающих элементов, первичные цепи которых соединены с задат-.

40 чиком тока,. источники питания 10).

Недостатком известного устройства является невозможность вести разряд батареи ХИТ с рекуперацией ее энергии разряда в сеть.

Цель изобретения — .расширение

45 функциональных возможностей устройства, обеспечение рекуперации энергии разряда батареи ХИТ в сеть, осуществление полного разряда батареи ХИТ стабилизированным током, сглаживание

0 пульсаций, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для заряда и . разряда батареи химических источников тока (ХИТ), содержащее мостовую схему выпрямления (однофазную нли многофаэную), в плечи анодной группы

043 4.;оторой включены регулирующие трап : зисторы, коллекторы которых объединены,.выход катодной группы вентилей схемы выпрямления связан с резистором, эмиттеры регулирующих транзисторов через элементы обратной связи (например, резисторы) и развязывающие диоды соединены с еоответ" ствующими выводами вторичных Обмоток силового трансформатора (однофазного или многофазного), а базы регулирующих транзисторов через усилители и узлы сравнения связаны с выводами вторичных цепей первых элементов гальванической развязки (например, приемниками оптронов, вторичными. обмотками трансформаторов), первичные цепи которых (например, излучатели оптронов, первичные обмотки трансформаторов) подключены в выходную цепь эадатчика тока, источни ки питания, соединенные с соответствующими усилителями и узлами сравнения, которые также связаны с эмиттерными цепями регулирующих транзисторов, а общие шины источников нитания соединены с сортветствующими точ хами объединения анодов развязывающих диодов и элементов обратной связи, узел режимов, в качестве вен- тилей (диодов) катодной группы мосто-. вой схемы выпрямления.использованы ключевые элементы (например, тиристоры, транзисторы„ оптронные транзисторы) и в устройство дополнительно введены схема синхронизации, состоящая из согласующего трансформатора. (однофазного или многофазного) ° выводы вторичных обмоток которого соединены с входом блока компараторов (нуль-органов), а выход блока компараторов связан с входом узла формирователей импульсов, схема согласования сигналов, вторые и третьи элементы гальванической развязки (например, оптроны, трансформаторы) ° ключи; причем положительный вывод

ХИТ через первый ключ соединен с объединенными кохглекторами регулирующих транзисторов„ а через второй и третий ключи связан с резистором, отрицательный выходной вывод через четвертый ключ соединен с объединенными коллекторами регулирующих транзисторов; а через пятый ключ свя-. зан с третьим ключом, .при этом выводы первичных обмоток согласующего трансформатора схемы синхронизации соединен с соответствующими выво.$ 1127043 дами первичных обмоток силового трансформатора, а выходы узла формирователей импульсов схемы синхронизации связаны со схемой согласования сигналов, на выход которой подключены первичные цепи вторых элементов гальванической развязки (например, излучатели оптронов, первич-

;ные обмотки трансформаторов)., вторичные цепи которых подключены к соответствующим узлам сравнения, на выход схемы согласования сигнапов также подключены первичные цепи третьих элементов гапьванической развязки (излучатели оптронов, пер,вичные обмотки трансформаторов), вторичные цени которых являются упомянутыми ключевыми элементами катодной группы мостовой схемы выпрямления, схема согласования сигна- 20 лов связана с узлом режимов, который также соединен со схемой синхронизации.

Кроме того, в устройство дополнительно введен компаратор, подключенный через введенные шестой и седь-. мой ключи к положительному и отрицательному выводам батарей ХИТ, причем компаратор и введенные ключи связаны соответственно со схемой 30 согласования сигналов и узлом режимов.

В устройство введены также дроссель и восьмой ключ, связанные между собой и включенные в зарядноразрядную цепь параллельно третьему ключу.

На чертеже изображена схема устройства.

Устройство содержит задатчик то- 4О ка 1 элементы гальванической развязки 2 -2 (например, оптроны, трансформаторы), узлы сравнения 31

3, усилители 4 -4, регулирующие транзисторы 5 „-5> узел режимов 6, 45 ключи 7, 7> и 8, схему синхрониза-. ции 9, состоящую из согласующего . трансформатора 10, блока компарато- . ров (нуль-органов) 11, узла: формирователей сигналов 12, схему согласования сигналов 13, элементы гальванической развязки 14 -14) (например, оптроны, трансформаторы), ключевые элементы 15„-15 с гальванической развязкой по цепям управления (оптро-55 ны тиристорные и транзисторные; тиристоры и транзисторы с трансформаторной развязкой по цепям управления), развязывающие диоды 16„-16 трехфазный силовой трансформатор 17, батарею последовательно соединенных

ХИТ 18, резистор ограничительный 19, элементы цепей обратной связи (например, резисторы, шунты) 20>-20, источники питания 21 -21З, ключи 22

1 и 22 компаратор (узел сравнения)

23,,ключи 24„, 24 и 25, дроссель 26.

Работа устройства осуществляется. в двух режимах: заряда и разряда батареи ХИТ.

В режиме заряда батареи ХИТ работа устройства осуществляется следую цнм образом.

В исходном состоянии сигнал управления на выходе эадатчика тока (опорное напряжение) 1 отсутствует. Следо- . вательно, отсутствует сигнал в первичных цепях элементов гальванической развязки (например, в излучателях оптронов, в первичных обмотках трансформаторов) 2„-2, Поэтому, з отсутствует сигнал во вторичных це- пях элементов гальванической развязки (например, в приемниках оптронов, вторичных обмотках трансформаторов)

2 -2> . Отсутствуют. сигналы на .выходах .узлов сравнения 3 „-3, а следовательно усилители 4„-4 не выдают. отпирающих сигналов на базы регулирующих транзисторов 5„-5, поэтому транзисторы 5<-5> закрыты.

Узел режимов 6 замыкает ключи 7

7 .и 8 и эапрецает работу схеме синхронизации 9, состояцей из согласующего трансформатора 10, блока компараторов {нуль-органов) 11 и узла формирователей. импульсов 12 Узел режимов 6 разрешает постоянную работу в схеме согласования сигналов

13 первичным цепям элементов гальванической развязки (например, излучателям оптронов; первичным обмоткам трансформаторов) 141-14, вторичные цепи которых (например, приемники оптронов вторичные обмотки трансформаторов) разрешают работу узлам .сравнения 3„-3, узел режимов

6 также разрешает работу первичным цепям элемейтов гальванической развязки (например, излучателям оптронов, вторичным обмоткам трансформато» ров) ключевых . элементов 15 -15 .

При регулировании тока заряда, например, в сторону увеличения появляется сигнал на выходе задатчика тока 1, который проходит через пер7 1127 вичные цепи элементов гальванической развязки 2 -2 . Соответственно по1 Э являются сигналы во вторичных цепях элементов гальванической развязки (например, в приемниках оптрбнов нли во вторичных обмотках трансформаторов) 2„-2, которые поступают на входы узлов сравнения 3 -3 ., С выхо дов узлов сравнения 3 -Зэ сигналы через усилители 41-4 поступают на 10 базы транзисторов 5, -5, которые получают отпирающие сигналы.

Выпрямление переменного тока .(напряжения) сети, например трехфазного, осуществляется с помощью мостовой схемы выпрямления выполнен. ной на ключевых элементам с гальванической развязкой по цепям управления (приемники оптронов, например, фототиристоры или фототранзисторы 2О

;или вторичные обмотки трансдюоматоров, включенные в цепи управления тиристоров, транзисторов) 151-15, представляющие собой катодную группу ключевых элементов (вентилей), 2S на транзисторах 51-5> с развязывающими вентилями (диодами) 16 †.16э в их эмиттерных цепях, представляющие собой анодную группу ключевых элементов (вентилей). . ЗО

Мостовая схема выпрямления осу-. ществляет выпрямление положительных и отрицательных нолуволн всех трех фаз А, В,. С напряжения сети, поступающего от силового трехфазного трансформатора 17 в точки объединения катодов развязывающих диодов

16„-16 анодной rpynïû вентилей и ключевйх элементов 15>-15 катодной группы вентилеи. Поэтому, ток заряда батареи ХИТ 18 замыкается: от фазы А вторичной обмотки силового трансформатора 17 но цепи ключевой . элемент 15 ðåçèñòîð 19, ключи 8 и 7 ° батарея ХИТ 18, ключ 7„, пере- 45 ход "коллектор-эмиттер" транзистора

5 (в первую половину работы фазы .

А), резистор обратной связи 20, .диод 16» фаза 8 вторичной обмотки трансформатора 17 или после ключа

71 - переход коллектор-эмиттер транзистора 5 (во вторую половину работы фазы, A) резистор обратной связи

20, диод 16, фаза С вторичной обмотки трансформатора 17, от фазы

6 вторичной обмотки силового трансформатора 17 по цепи ключевой эле- " .мент 15, резистор 19, ключи 8 и 7, 043 8 батарея ХИТ 18, ключ 7, переход коллектор-эмиттер транзистора 5 (в

3 первую половину работы фазы В), резистор обратной связи 20, диод

16э, фаза С вторичной обмотки трансформатора 17 или после ключа 71 переход коллектор-эмиттер транзисто ра 5 (во вторую половину работы фазы В ), резистор обратной связи

20, диод 16.„ фаза А вторичной обмотки трансформатора 17> от фазы

С вторичной обмотки силового трансформатора 17 по цепи ключевой эле-. мент 15» резистор 19, ключи 8 и 7 батарея ХИТ 18, ключ 7, переход коллектор-.эмиттер транзистора 5 (в первую половину работы фазы С), резистор обратной связи 20, диод

16, фаза А вторичной обмотки трансформатора 17.или после ключа 7 переход коллектор-эмиттер транзистора 52 (во вторую половину работы фазы С ), резистор обратной связи

20, диод 16, фаза 5 вторичной обмотки трансформатора 17.

Следовательно, ключевые элементы катодной группы 15 -15 и транзисторы анодной .группы 5„-5 работают одинаковое время каждый по 1/3 пе-. риода или по 120, если период. фазы напряжения считать равным 360 . Вторичные цепи элементов гальванической развязки (приемники оптронов, например, фототиристоры, фототранзисторы) или вторичные обмотки трансфор- . маторов, включенные в цепи управле» ния тиристоров, транзисторов, составляющие катодную группу ключевых элементов выпрямительного моста 154-:

15> открываются и закрываются линейными напряжениями (напряжениями между. фазами А, 8, C ), .так как в их .первичных: цепях постоянно действуют сигналы управления.

Токи через транзисторы 5„-5Э создают падения напряжения на резис-. торах обратной связи 201-20Э и уравновешивают сигналы, заданные задат чиком тока 1. Чтобы увеличить ток заряда батареи ХИТ 18, необходимо увеличить токи, протекающие через регулирующие транзисторы 5 -5, а следовательно, необходимо увеличить их базовые токи с помощью эадатчика тока 1.

Резисторы обратной связи 20 -20: в цепях эмиттеров транзисторов 5„5з являются отрицательньваю связями

9 112704 по току и стабилизируют токи, протекающие через транзисторы 5„-5

Одновременно резисторы обратйой связи 20„-20 совместно с узлами сравнения. 3 -3 и усилителями 4 -4 явля1 3 Ь ются отрицательными связями в замкнутых системах регулирования на транзисторах 5 -5

Стабипиэацйя установленных величин токов заряда с помощью задатчи- 10 ка тока 1 осуществляется оледующнм образом.

При отклонении тока заряда от установленного в сторону увеличения или уменьшения при колебаниях сети, нестабильности в нагрузке автомати-, чески осуществляется восстановление тока заряда до установленного значения.,Например, под воздействием перечисленных дестабилизирующих фак щ торов. ток заряда через батарею

ХИТ 18 увеличился, следовательно, увеличились и токи через регулирующие транзисторы 5 -5>. Соответственно увеличивается падение напряжения 25 на резисторах обратной связи 20120 которые поступают на. входы соответствующих узлов сравнения 3 -3 . .Узлы сравнения 3„-3> через усилители 41-4> выдают на базы транзисторов щ

5„-5> сигналы, в результате которых токи через транзисторы 51-5 уменьшаются, а напряжение коллектор-эмиттер нх возрастает. Ток заряда батареи

ХИТ 18 возвращается s. исходное сос45 тояниЬ, соответственно уменьшаются падения напряжения на резисторах обратной связи 20>-20> до значений, соответствующих установленному то-, ку заряда. 40

Аналогично отрабатывает замкнутая система регулирования тока заряда при дестабилизирующих факторах, которые ведут к его уменьшению в сравнении с установленным эадатчи- 4 5 ком тока 1.

Стабилизация установленного тока заряда по мере заряда батареи ХИТ 18 (росту напряжения на ее выводах) осуществляется следующим образом.

Так как регулирующие транзисторы

51-5 включены последовательно в цени заряда с батареей ХИТ 18 кото-: рая подключена встречно к выпрямляемому напряжению сети, то по мере увеличения напряжения батареи ХИТ 18 напряжение питания коллекторов транзисторов 5„-5 уменьшается. Это

10 приводит к уменьшению тока через транзистор 5 -59, хотя выходные характеристики транзисторов (зависимость тока коллектора от напряжения

его питания) достаточно линейны, т.е. коллекторный ток в малой степени зависит от изменения напряжения питания коллектора транзистора в широком диапазоне. Следовательно, уменьшается ток заряда батареи

ХИТ 18 и соответственно уменьшаются падения напряжений на резисторах обратной связи 20 -20» которые поступают на вход узлов сравнения

3„-3

Узлы сравнения 3 -3 через усн1 3 лители 4 -45 увеличивают базовые токи транзисторов. 51-.5>, которые еще больше открываются, а токи через них возрастают. Соответственно возрастает ток заряда батареи ХИТ 18 до значения, равного установленному эадатчиком тока 1. Восстанавливаются до необходимых значений я падения напряжений на резисторах обратной связи 20 - 20® . Повышению стабилизации токов заряда способствувт питание узлов сравнения 3 -3. н усилите3 лей 4„-4 от трех стабилизированных источников питания 21 -21, причем их общие шины подключены к точкам объединения резисторов обратной связи .20„-20 и анодов развязывающих диодов 16 -16 . Использованием трех источников питания 21„-21 для раздельного питания узлов сравнения

3, 35 и усиЛителЕй 4„-4 осуществля-, ется полная развязка друг от друга, плеч анодной группы мостовой схемы выпрямлейия на транзисторах 5 -5 .

Регулирующие транзисторы S<-5 рабоз тают только 1/3 периода фаз 4, 8., С напряжения сети или 120О от периода, следовательно,.их работа импульсная, улучшается температурный режим работы и их мощностные характеристики, расширяется диапазон стабилизированного зарядного тока. Устройство позволяет получить зарядный ток любого ступенчатого графика с помощью узлов сравнения 31 -3

Регулирование и стабилизация тока заряда осуществляется по амплитуде с помощью транзисторов 5„-5>, вследствие чего вершины каждой из фаз..А, S С зарядного тока плоские,следовательно, снижаются пульсация зарядного ока. Так как регулирующие транзисторы

1127043

10

Сущность этого режима заключается в следующем. Если батарея ХИТ 18 в режиме заряда была потребителем

Во энергии, т.е. зарядный ток и напряжение батареи ХИТ имели противопо.ложное направление, то в режиме разряда батареи ХИТ 18, ток сохраняет прежнее направление, а батарея

ХИТ с помощью ключей 22 и 22" перекоммутирована так, что.направление ее напряжения совпадает по нап5 -5 обладают односторонней прово3 димостью, то можно было бы исключить из их плеч диоды 16 -16, не нарушая выпрямления переменного напряжения.

Но этого делать нельзя,так как не, 5 будет развязки общих шин источнйков питания 21 -21 и переменного напря-

1 3 жения сети. Кроме того, диоды 16 16 необходимы для защиты от напря3 жения сети переходов эмиттер-база регулирующих транзисторов.5 -5 и ,узлов сравнения 3 -33, которые обыч- но низковольтные. Ограничение тока регулирующих транзисторов 5„-5з с помощью регулируемого резистора 19 . 15 целесообразно в том случае, когда число ХИТ в батарее 18 мало и их внутреннее. сопротивление низкое, в особенности в начале режима заряда, когда противо-ЗДС минимальная. При 20 необходимости сопротивление резистора 19 устанавливается равным нулю

В режиме разряда батареи ХИТ работа устройства осуществляется следующим образом. 25

Узел режимов 6 размыкает ключи н 72 H замыкает ключи 22< и 223 ° и батарея ХИТ 18 подключается последовательно-согласно к мостовой схеме выпрямления на транзисторах 5„-5> 30 . и ключевых элементах 15 -15 . Разряд батареи ХИТ 1& можно было бы осушествить работой мостовой схемы на транзисторах 51-5 и ключевых элементах .151-15 в Режйме выпрямления но для З этого необходимо использовать разрядные резисторы для гашения напряжения батареи ХИТ 1.8 на различных диапазонах разрядного тока, при этом энергия разряда батареи ХИТ 18 рас» 4р сеивалась бы на разрядных резисторах, что экономически невыгодно. Поэтому мостовая схема на транзисторах 5„-5 и ключевых элементах

15 -15> переводится в инверторный 4g режим работы, ведомый йапряжением сети (трансформатором 17). равлению с направлением тока и она становится источником энергии. Что бы источник переменного напряжения (сеть) стала потребителем энергии, т.е. стала возможной рекуперация энергии разряда батареи ХИТ в сеть, необходимо, чтобы направление нап-, ряжения сети в режиме разряда было противоположным направлению напряжения в режиме заряда, т.е. разряд должен вестись в отрицательные полуволны напряжения сети.

Таким образом, если в режиме saряда батареи ХИТ 18 катодная группа ключевых элементов 15 -15 работает при положительных значениях вторичных напряжений трансформатора 17, а анодная группа на транзисторах

5 -5 при отрицательных значениях вторичных напряжений трансформатора, то в режиме разряда с рекуперацией энергии батареи в сеть катодная группа ключевых элементов 15„-15. проводит ток при отрицательных значениях вторичных напряжений трансформатора 17, а анодная группа на транзисторах 5 -5 — при положитель1 3 ных значениях вторичных напряжений трансформатора 17. Чтобы обеспечить данный режим разряда батареи ХИТ 18, узел режимов 6 разрешает работу схеме синхронизации 9, состоящей из согласующего трансформатора 10, соединенного своим выходом с входом блока компараторов (нуль-органов) 11, выход которого связан. с узлом формирователей импульсов 12> Выход узла формирователей импульсов связан со схемой согласования сигналов 13, с которой узел режимов 6 снимает свой ранее действующий сигнал управления в режиме заряда. Чтобы не нарушить синхронизацию фаз 4., B. C, схемы включения трехфазного силового транс форматора 17 и согласующего транс-, форматора 10 должны быть одинаковыми.

При равенстве амплитуд фаз Д, 6, С трехфазного напряжения в положительные и отрицательные полуволны следующих друг за другом через. 1/6. часть периода (через 60О периода) В, А; (а потом идет повторение), блок компараторов (нуль-органов) 11 выдает сигналы в узел формирователей импульсов 12. При этом в течение 1/6 части периода указанные линейные напряжения в,л;.с,я;с,в;л, в;д,с., 1127043

13

Ц, С нарастают от нуля до максимума и должны действовать навстречу напряжечию батареи ХИТ 18, создающей ток разряда, чтобы осуществить рекуперацию ее энергии в сеть Поэтому узел формирователей импульсов 12 формирует импульсы через схему согласования сигналов 13 для управления мостовой схемой на транзисторах 51 -5>.и клю- чевых элементах 15; -15> . Причем дли- 10 тельность импулъсов, которые разрешают работу первичным цепям элементов в гальванической развязке 14„-14, не не более 3,3 мс (60 ) для сети, частотой 50 Гц, т.е. вторичные цепи эле-ментов гальванической развязки

142-14з разрешают узлам сравнения

3„-3> прохождение сигналов задатчика тока 1"на базы транзисторов 51-5р не более 3,3 мс. Длительность форми- 2О руемых импульсов узлом 12» которые разрешают работу цепям управления ключевых элементов 15 -15» долина быть достаточной для их.включения (например, для включения тиристоров 2S длительность импульсов составляет единицы микросекунд).

Рассмотрим работу устройства в режиме разряда с рекуперацией энергии в сеть на примере работы одной з© пары фаз трехфазного цеременного напряжения.

Например, сравнялись амплитуды фаэ В, А, блок компараторов 11 выдает сигнал в узел формирователей.: сигналов 12, в котором формйруются

33 импульсы управления первичныии цепя.ми элементов гальванической развязки 14 и 15 в схеме согласования сигналов 13. Вторичная цепь элемента гальванической развязки 142 разрешает ! работу узлу сравнения 3, который разрешает прохождение сигнала задатчика тока 1 в базу транзистора 5з, в первичная цепь ключевого элемента с гальванической развязкой 151 включает ключевой элемент 151.

Ток. разряда батареи ХИТ 18 будет протекать по .цепи положительный вы- . вод батареи ХИТ, замкнутый ключ .22, переход коллектор-эмиттер транзистора 5, резистор обратной связи 20» развязывающий диод 16<, фаза l3 сйлового трансформатора 17, фаза А силового трансформатора 17., ключевой элемент 15 „, резистор 19, замкнутые ключи S н 22, отрицательный вывод батареи ХИТ.

l4

По мере увеличения линейного напряжения (межфазного) 6, А напряже.ние коллектор-эмиттер транзистора 5

2 уменьшается и не более,чем через 3,3 мс исчезает. управление его базовым током и транзистор 5, закрывается, соответственно запирается (выключается) ключевой элемент 15„.

Регулирование и стабилизация тока разряда осуществляется аналогично описанному выше в режиме заряда батареи ХИТ 18.

Аналогична работа устройства при сравненни амплитуд, других фаз С, А, :С, В ; А, 6 ; А, С ; 6, С трехфазного переменного напряжения. Ток

Разряда предСтавляет собой серию следующих друг за другом импульсов с плоскими вершинами и минимальными паузами между ними в начале разряда.

По мере разряда батареи ХИТ 18 длительность импульсов разрядного тока уменьшается, так как транзисторы

5 -5 запираются встречным межфазным (линейным) напряжением раньше. Но так как осуществляется стабилизация тока разряда, то амплитуда импульсов разряда будет больше.

В конце разряда батареи ХИТ 18., особенно с поэлементным отключением их, транзисторы 5 -5 могут работать менее эффективно, Поэтому для осуществления более глубокого разряда батареи ХИТ 18 мостовая схема на транзисторах 5 -5 н ключевых элементах 151-15З с инверторного режима переводится в выпрямительный режим, т.е. сеть переменного тока из приемника энергии становится источником энергии для принудительного разряда батареи ХИТ 18; Для этой цели служит, компаратор 23, подключенный к ее выводам ключами 241 и 24 . Сигнал с компаратора 23 поступает в схему согласования сигналов 13, которая . распределяет импульсы узла 12 таким образом, чтобы включались пары ключей из анодной и катодной групп мостовой схемы, обеспечивающие заряд батареи ХИТ 18. Заряз батареи ХИТ обеспечивается, когда в квтодной группе ключевых элементов 15 -15

3 выпрямителъной схемы включается тот .ключ, на котором напряжение вторичной обмотки трансформатора 17 более .положительно, а в анодной группе мос-. товой схемы включается тот нз транзисторов 5 -5з, напряжение вторичной

112704

15, обмотки трансформатора 17 в цепи эмиттера которого более отрицательно.

Например, при сравнении амплитуд фаз В и A в блоке компараторов 11 схема согласования. сигналов 13 вклю-чает ключевой элемент. 15 и транзистор 5 и ток разряда батареи ХИТ .18 из сети потечет по цепи фаза 4 трансформатора 17, ключевой .элемент 15, резистор 19, ключи 8 и 222. отрица- .10 тельный внвод батареи ХИТ 18, положителььый вывод батареи ХИТ 18, ключ 22, переход коллектор-эмиттер транзистора 5, резистор обратной связи 20>, развязывающий диод 16 фаза С трансформатора 17. Для дойолнительного сглаживания зарядно-разрядного тока, в особенности тока разряда; в зарядно-разрядную цепь батареи ХИТ 18 ключом 25 включает сглаживающий дроссель 26, при этом ключ 8 размыкается.

Использование транзисторов в ка- . честве ключевых элементов 15 -15 катодной группы мостовой схемы вйп-,д рямления менее .эффективно в сравнении с тиристорными ключами, так как усложняется. управление их базовыми токами при различных напряжениях питания их коллекторов, чтобы обеспечить хороший ключевой режим (мини" мальное значение) напряжения коллектор-эмиттер с исключением режима перенасыщения, который может привес-. ти к выходу транзисторов из строя.

35.

Тиристорные ключи 15.,-15 всегда .дают приемлемое на них падение напряжения 1,5-2,0 В.

Возможен вариант практического исполнения устройства с переносом резисторов обратной связи 20„-20 . йз эмиттерных цепей транзисторов 5>- 5З в общую цепь заряда (разряда), но тогда, например, возникшую нестабильность напряжения в одной . фазе отрабатывать. будут все три транзистора, т.е. стабилизация ухудшается и возможен неустойчивый режим работы. Если использовать один резистор обратной связи в общей цепи, то усложняется снятие сигнала с него на базы транзисторов 5 -5 и тем более его линейная передача с высо- кой чувствительностью в широком диа3 16 пазоне. Использование элементов (элемента) обратной связи 20 в общей цепи привело бы и к тому, что выходом из строя одного транзистора перегружались бы остальные. В предлагаемом устройстве этого нет, а вы-. ход какого-нибудь транзистора из строя ведет к снижению тока зарядаразряда, что говорит о неисправности устройства. В аварийном режиме (при отсутствии тока в одном из плеч мостовой схемы выпрямления) .можно вос становить зарядно-разрядный ток увеличением токов других плеч мостовой схемы выпрямления.

Таким образом, по сравнению с известными предлагаемое устройство для заряда и разряда батареи ХИТ обеспечивает возможность вести разряд батареи ХИТ стабилизированным током с рекуперацией энергии разряда батареи ХИТ в сеть переменного. напряжения; прерывистый .(импульсный) режим работы регулирующих транзисторов повьппает мощностные характеристики и улучшает их температурный режим работы. Одновременно регулирующие транзисторы работают по принципу компенсации, а следовательно, регулирование зарядно-разрядного тока осуществляется.по амплитуде; а не по фазе, что снижает его пульсации. Работа предлагаемого устройства в режиме разряда в инверторном режиме с рекуперацией энергии разряда ХИТ в сеть в сравнении с инверторными режимами работы на базе тирнсторных преобразователей имеет следующие преимущества: регулировавание тока заряда (разряда) по амплитуде, а не по фазе, следовательно, значительно ниже его пульсации; в инверторном режиме работы (в режиме разряда) исключается возможность опрокидывания инвертора и опасность короткого .замыкания батареи ХИТ; исключается необходимость использования блока разрядных резисторов; возможность моделирования графика зарядно-разрядного тока, выход одного иэ регулирующих транзисторов исключает перегрузку других, При этом расширяются функциональные возможности устройства.

) 127043

Составитель И.Найдина

Редактор К.Волощук Техред Л.Коцюбняк : Корректор» А.Тяско

Заказ 8751/42 Тираж 613 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.; д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4