Устройство для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током

 

Использование: в системах заряда аккумуляторных батарей (АБ) асимметричным током от трехфазного источника переменного тока (ТИП Т), обмотка которого соединены в треугольник или в звезду без нейтрали. Сущность изобретения устройство содержит мостовой выпрямитель - формирователь асимметричного тока, два плеча которого образованы диодами, а два другие - зэрядно-подразрядными конденсаторами. Параллельно конденсатору меньшей емкости включается блокирующий диод, соединенный последовательно-согласно с диодом смежного плеча мостового выпрямителя, при этом соотношение емкостей зарядноподразрядных конденсаторов равно примерно 1:20 К клеммам выходной диагонали дополнительно подключена цепочка из включенных последовательно-согласно конденсатора и диода, точка соединения которых подключена к свободному линейному выводу источника переменного тока, при этом емкость дополнительного конденсатора разна емкости конденсатора большей емкости. Напряжение на выходе устройства увеличивается в 2 раза от амплитудного значения линейного напряжения источника 1 ил.

СО103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s Н 02 J 7/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4888533/07 (22) 07,12.90 (46) 23.08.92, Бюл. ¹ 31 (72) И,И,Демчук, А.Г.Николаев и В.М.Хлямов (56) Авторское свидетельство СССР № 404146, кл. Н 02 J 7/10, 1973, Зорохович А.Е., Бельский В.п. и Эйгель

Ф,И, Устройство для заряда и разряда аккумуляторных батарей. — M,: Энергия, 1975, с. 203, рис, 7-9а, Авторское свидетельства СССР

¹ 577609, кл. Н 02 ) 7/10, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ АСИММЕТРИЧНЫМ

ТОКОМ (57) Использование; в системах заряда аккумуляторных батарей (АБ) асимметричным током от трехфазного источника переменного тока (ТИП Т), обмотка которого соединены в треугольник или в звезду без нейтрали, Сущность изобретения: устройства содержит

Изобретение относится к электрохимическим источника постоянного тока — аккумуляторным батареям (АБ), а именно к зарядным устройствам, используемым для формовки и заряда батарей асимметричным током;

Известна система заряда АБ асимметричным током от источника переменноготока, содержащая управляемый мостовой выпрямитель, подразрядную емкость и блок контроля напряжения батареи и управления вентилями выпрямителя, В указанном устройстве подразрядный импульс формируется в паузах между импульсами зарядного тока, что усложняет систему формирования,."Ж,„) 1757О19 А1 мостовой выпрямитель — формирователь асимметричного тока, два плеча которого образованы диодами. а два другие — зарядно-подразрядными конденсаторами, Параллельно конденсатору меньшей емкости включается блокирующий диод, соединенный последовательно-согласно с диодом смежного плеча мостового выпрямителя, при этом соотношение емкостей зарялноподразрядных конденсаторов равно примерно 1:20, К клеммам выходной диагонали дополнительно подключена цепочка из включенных последовательно-согласно конденсатора и диода, точка соединения которых падкл ачена к свободному линейному выводу источника переменного тока, при этом емкость дополнительного конденсатора равна емкости конденсатора большей емкости. Напря>кение на выходе устройства увеличивается в 2 раза от амплитудного значения линейнога напряжения источника, 1 ил. зарядна-разрядных импульсов, так как падразрядный конденсатор. необходимо заряжать через дополнительный выпрямитель от второго источника переменного напря>кения, Отключение основного источника от батарей ва время формирования падразряднога имульса, осуществляемое тир ": торами управляемого выпрямителя, облегчая формирование подразрядного импульса, приводит к импульсному использованию мощности зарядного источника (т.е, ега мощность ва время пауз не использует"я), чта завышаеттипааую мощность источника, Известна также система заряда АБ асиФ :етричным токам, садер>кащая истач1757019

15

55 пик переменного тока в виде трехфазного трансформатора, вторичная обмотка которого включена последовательно так, чтз две обмотки соединены между собой последовательно-согласно и встречно с третьей обмоткой, мостовой выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого через токоограничивающее сопротивление, например, линейный дроссель, подключены к клеммам аккумуляторной батареи, электрическую разрядную емкость и блок контроля напряжения батареи и управления вентилями выпрямителя, Так как формирование асимметричного тока в этой системе осуществляется наложением на постоянный ток трехфазного выпрямителя отрицательных подразрядных импульсов и энергия этих подзарядных импульсов батареи рассеивается на составляющих активного сопротивления системы, заряд батареи в таком устройстве характе- 2 ризуется низким КПД, Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащая источник пере- 2 менного тока в виде трехфазного трансформатора, вторичные обмотки которого включены последовательно так, что две обмотки соединены между собой последовательно-согласно и втстречно с третьей обмоткой, мостовой выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого через токоограничивающее сопротивление, например, линейный дроссель, подключены к клеммам аккумуляторной батареи, электрическую разрядную емкость и блок контроля напряжения батареи и управления вентилями выпрямителя, причем электрическая разрядная емкость выполнена в виде двух конденсаторов, включенных в два накрестлежащих плеча мостового выпрямителя, два другие плеча которого образуют тиристоры, а клеммы входной диагонали соединены со вторичными обмотками указанного трансформатора схема которой приведена.

В этой системе заряда (СЗ) формирование асимметричного тока (АТ) осуществляетса наложением на переменный ток (огранйченный емкостным сопротивлением эарядно-разрядных конденсаторов) импульсов выпрямленного тока, постоянная составляющая которого, запасаемая в аккумуляторах, восполняет емкость АБ, израс-, ходованную при ее разряде. Батарея в такой системе может быть заряжена до напрящецдя, вдвое превышающего амплитуду фазнрщ цр11рцжения ТРЕПТ, а передача рщрги 1 црщчника в АБ осуществляется с рысщщ КДД, так как потери ь1ощности в дщццЦ peag примерно на два порядка меньше, чем в цепи с активным сопротивлением. Однако невысокое значение зарядного напряжения ухудшает удельные энергетические показатели и этой системы.

Кроме того, весьма существенным недостатком этой СЗ является то, что она может быть использована только при заряде от автономного ТИПТ, обмотки которого включаются в ячейку последовательно, что исключает возможность использования данной системы для заряда от неавтономного источника, обмотки которого соединены, например, по схеме электрической звезды, Целью изобретения является улучшение удельных энергетических показателей системы заряда АБ AT путем увеличения скорости передачи энергии источника в заряжаемую батарею.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для заряда АБ асимметричным током, содержащее источник леременнога тока в виде трехфазного трансформатора, мостовой выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого подключены к клеммам аккумуляторной батареи, электрическую разрядную емкость, выполненную в виде двух конденсаторов, включенных в два накрестлежащих плеча мостового выпрямителя, два другие плеча которого образуют диоды, а клеммы входной диагонали соединены с линейными выводами источника переменного тока, при заряде от источника, . обмотки которого соединены в треугольник или звезду, оно дополнительно снабжено блокирующим диодом, при этом один из ее конденсаторов имеет емкость по меньшей мере в 20 раз отличную от емкости другого конденсатора и параллельно конденсатору меньшей емкости включен блокирующий диод, соединенный последовательно-согласно с диодом смежного плеча упомянутого мостового выпрямителя, а к клеммам выходной диагонали дополнительно подключена цепочка из включенных последовательно конденсатора и диода, точка соединения которых подключена к свободному линейному выводу упомянутого источника переменного тока, при этом емкость дополнительного конденсатора равна емкости конденсатора большей емкости, Выполнение устройства с блокирующим диодом, включенным параллельно конденсатору меньшей емкости и соединенному последовательно-согласно с диодом смежного плеча мостового выпрямителя и подключением к клеммам выходной диагонали дополнительной цепочки из последовательно соединенных конденсатора и диода, общая точка которых подключена к свободному выводу источника переменного

1757019

poki 10

50 цепь: 8-3-9-1-8, четвертая цепь: 7-1-10-4-7, 55 пятая цепь: 12-5-13-1-12, шестая цепь: 8-3— источник 6 — 4-7-1-8, седьмая цепь; 7-1-12-5— источник 6-4-7, восьмая цепь 12-5 источник

6 — 3-9-1-12 (когда напря>кение АБ меньше амплитудного линейного значения напрятока, при этом емкость дополнительного конденсатора равна емкости конденсатора большей емкости, отличая ее от прототипа, обеспечивает улучшение удельных энергетических показателей системы заряда при заряде АБ от неавтономного

ТИ ПТ.

На чертеже приведена электрическая схема устройства для заряда, В данном устройстве аккумуляторная батарея 1 подключена к выходным клеммам мостового выпрямителя 2, к клеммам 3, 4 и

5 входной диагонали которого подключены выводы обмотки трехфазного источника переменного тока 6 (фазы А, В и С), соединенные в звезду или треугольник,. В два накрест.тлежащие плеча моста 2 включены конденсаторы 7 и 8 различной емкости, а два другие его плеча образуют диоды 9 и 10.

Емкости конденсаторов 7 и 8 отличны друг от друга по меньшей мере в 20 раэ и параллельно конденсатору с меньшей емкостью (7) включен блокирующий диод 11, соединенный последовательно согласно с диоЦепочка, состоящая из включенных последовательно конденсатора 12 и диода 13, подсоединена выходными зажимами к клеммам выходной диагонали моста. Общая точка соединения диодов и конденсатора данной цепочки подключена к линейному выводу 5 (фаза С) ТИЛТ 6. Емкость конденсатора 12 введенной диодно-конденсаторной цепочки равна емкости конденсатора большей емкости (8).

Формирование асимметричного тока (AT) в данном устройстве заряда (УЗ) осуществляется путем наложения шести (за один период) однополярных (так называемых униполярных) зарядных импульсов тока источника на переменный гок, протекающий поочередно через каждую фазу источника 6 и конденсаторы зэрядно-подразрядной емкости. Конденсатор 7 вместе с конденсаторами 8 и 12 образуют два делителя переменного и два умножителя постоянного напряжения, Эти умножители повышают в два раза зарядное напряжение АБ,.

Униполярные зарядные импульсы, создающие постоянную составляющую АТ(за период изменения напряжения ТИПТ), формируются по восьми следующим цепям: источник 6-3-9-1-10-4 источник 6, вторая цепь: источник 6 — 5-13-1-10-4 — источник 6, третья жения источника, т.е. 0дь<0т,n . cr.>, а также по двум другим цепям: 8-3 — источник

6-5-13-1-8 и вторая цепь: 12 5- источник 6—

3-9- t-12, — когда напряжение батарей

5 больше линейного амплитудного значения, по меньше удвоенного линейного амплитудного значения напряжения U,,, источника, Переменная составляющая AT rpoa0pmcv по двум цепям: 1-7-4 источник 6 — 3-8- ll и 1-7-4 источник 6-5-12-1 — при подраэряде

АБ и эапасания энергии в конденсаторах 7, 8 и 12, а также по цепям: источник 6-4-7-1-83 — иСточник 6 и источник 6-4-7-1-12-5— источник 6 (при возврате в АБ энергии под разрядного импульса).

Так как емкость конденсатора 7 примерно в 20 раэ меньше емкости конденсаторов

8 и 12, при подразряде АБ на емкостные делители напряжения 7-8 и 8-12, конденсатор 7 заряжается от АБ 1 до напряжения, равного примерно 95;, а конденсаторы 8 и

12 — 5; от напряжения цепи; источник 6—

АБ 1.

5 Рассмотрим работу устройства для заряда за период изменения напряжения

ТИПТ и при напряжении АБ, меньшем амплитудного линейного напряжения источни. ка 6. Считаем, что в системе прямой порядок

О следования (чередования) фаз, т.е. А, В и С.

За начальный отсчет времени примем время, когда напряжения фаз А и С положительны и равны, напряжение фазы В отрицательно и по абсолютной величине имеет

5 наибольшее значение, далее напряжение фазы А растет, фаза С уменьшается (в соответствии с временным графиком работы трехфазной системы). Когда напряжение фазы А йсточника 6 превышает напряжение

АБ 1, она заряжается по цепи: клемма 3, вентиль 9, АБ 1, вентиль 10, зажим 4. Конденсаторы 7 и 8, включенные параллельно рассмотренной выше цепи, заряжаются соответственно через вентили 9 и 10 до напря5 жения батареи (имея положительный потенциал на верхней по схеме фиг,1 обкладке и отрицательный — на нижней) и запасают при этом энергию источника, Диод

11 находится в запертом состоянии, тэк как к его катоду приложен положительный потенциал относительно анода — за счет шунтирования его конденсатором 7.

Заряд батареи по рассматриваемой цепи продолжается до тех пор, пока напряжение фазы А ТИПТ, возрастая по абсолютной величине. а затем убывая, вновь станет равным напряжение батареи. Вентили 9 и 10 запираются и перестают проводить ток истоника б и их сопротивление бесконечно возрастает. Б это время параллельно бата5

15 рее оказывается включенной цепь из трех последовательна соединенных источников; конденсатора 7, источника 6 и конденсатора

8, напряжения которых равны дрт,г другу, однако суммарное напряжение рассматриваемой цепи в это время равно напряжению батареи, так как полярность напряжения фазы А ТИПТ обратна по отношению к полярности напряжений конденсаторов.

По мере уменьшения напряжения фазы

А источника 6 суммарное напряжение рассматриваемой цепи возрастает и поэтому конденсаторы, разряжаясь, агдают батаре8 1 энерги а, запасенну о ими ат источника 6.

Так как энергия, запасенная конденса.тором 7, примерно в 20 раз меньше энергии, запасенной конденсатором,8, этот конденсатор 7 отдает свою энергию быстрее, чем конденсатор 8, который продолжает атдавать энергию в АБ через открывшийся диод . 1 па цепи: 8-3 — источник 4 — 4-11-1-8. В момент времени, когда напряжение фазы 1

ТИПТ становится равным напряжению фазы В, конденсатор 8 разряжается до напряжения, равного напряжению батареи 1.

В дальнейшем напряжение фазы A сгановится меньше напряжения фазы В источника 6, т.е, на клемме 4 потенциал выше, чем на клемме 3 фазы А источника 6. B этом случае полярность вкл очения конденсатора

8 и полярность линейного напряжения Одц источника 6 становится согласной и конден-. сатор 8 прадолжает разряжаться на АБ 1 по той же цепи: 8-3 — источник 6-4-1 1-1-8 да тех пар, пака мгновенное значение линейного напряжения 0дц источника 6 не станет равным напряжению АБ. Конденсатор 8 в зта время разряжен полностью. После зтога полярнасть напряжения конденсатора 8 изменяется„так как ан, Ограничивая ток заряда батареи 1, в зта время начинает перезаряжаться. Заряд АБ 1 продолжается до тех пор, пока линейное напряжение UAB истачника 6 не достигнет максимального значения и полажительныЙ пОтенциал будет на клемме 4. В это время зарядный импульс тока АБ прекращается, Напряжение на конденсаторе 8 в это время равно разности амплитудного значения линейного напряжения Одв источника и батареи и положительный потенциал — на нижней по схеме фиг.1 обкладке.

В дальнейшем с уменьшением мгновенного значения линейного напряжения Одв источника 6 (понижается потенциал на клемме 4) начинается подразряд АБ через источник 6 на конденсаторы 7 и 8, Bropoë иэ которых, вновь разрядившись, снОва переэаряжается, ПОдраэрядный импульс прОдалжается до тех пор, пока потенциалы на зажимах 4 и 5 источника 6 не будут равны, т.к. линейное напряжение Uac будет равно нулю. В это время напряжение конденсатора 7 примерно равна напряжени о батареи, а напряжение конденсатора 8 примерно равно нул о(по.крайнеЙ мере в 20 раз меньшс напряжения на конденсаторе 7). Диод 11 в это время вновь заперт.

Подразрядный импульс АБ будет продолжаться и после того, как потенциал на зажиме 5 источника 6 станет выше потенциала на клемме 4 (произошла смена полярности линейного напряжения Uec) до тех пар, пака линейное напряжение Онс вновь станет равным напряжению АБ. В эта время падразрядный импульс прекращается, вентили 10 и t3 открыты, источник 6 осуществляет заряд АБ и заряд конденсаторов 12 и 7 от линейного напряжения 0ца имея положительный потенциал на клемме 5, Далее работа устройства заряда АБ производится аналогично расссматренному выше. только вместо конденсатора 8 в данном случае работает конденсатор 12, ЕСли напряжение АБ боЛьше амплитудного линейного значения напряжения источника 6, то меньше ее удвоенного

ЗНВЧ8НИЯ (Uf.ëèí.ècò.

Ода источника 6(при положительном потенциале на клемме 3} непосредственна (источник 6-3-9-1-10-4 — источник 6) энергию в AS не передает, а батарея заряжается ат источника толькО через вольтодабавачныЙ KGH денсатар 8, который, проводя переменную составляющую AT, заряжается ат источника 6 в полупериады, когда на клемме 3 положительный потенциал и разряжается на АБ через источник 6 в моменты времени, кОгда на кл8мм8 3 Отрицательный floтенциал. Так как максимальное зарядное напряжение на конденсаторе 8 и 12 почти равно амплитудному линейному значению напряжения источника, та АБ может быть заряжена до напряжения, практически вдвое превышающего амплитудное значение линейного напряжения источника 6.

Таким образом, в данном устройстве заряда АБ за каждый период изменения напряжения (тока) ТИПТ число зарядных и подразрядных импульсов равно, соответСТВЕННО, 8 И 2 flPH 0Д5<Отлинист. И fIPM 3дБ<2От.лин.ит. число зарядных и подразрядных импульсов равна 2. Вследствие этого среднее значение постоянной саставля(ащей AT и зарЯДНОЙ мощности (пО сравнению с пратОтипОМ) соответственна увеличивается, Кроме того, так как ТИПТ

1757019

10 формирует зарядные импульсы тока со сдвигом 120 эл. градусов, уменьшается неравномерность отбора мощности от источника, что приводит к повышению значения коэффициента мощности источника, который рабо- 5 тает в динамические уравновешенном режиме. Это приводит к дополнительному улучшению удельных энергетических показателей устройства заряда.

В данном устройстве заряда бестранс- 10 форматорным путем практически вдвое увеличивается зарядное напряжение, s результате чего повышается значение постоянной составляющей AT, и. соответственно, скорость передачи энергии источника в заря- 15 жаемую АБ, что исключает необходимость применения повышающего трансформатора, неизбежно увеличивающего массу устройства и тем ухудшающего удельные энергопоказатели, 20

В связи с тем, что самым тяжелым элементом (звеном) устройства заряда является источник переменного тока (на долю которого приходится примерно 85-90 (массы системы), введение одного конденсатора 25 и двух диодов практически не увеличивая массы формирования AT, приводит к полному использованию мощности и массы ТИПТ (трансформатора), позволяет улучшить практически в 1,5 раза использование его 30 массы. Поэтому С3 в целом за счет уменьшения массы ТИПТ более чем на 30 хара ктеризуется улучшен н ыми удельными энергетическими показателями, Формула изобретения

Устройство для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащее источник переменного тока в виде трехфазного трансформатора. мостовой выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого подключены к клеммам аккумуляторной батареи, электрическую раэряднуа емкость, выполненную в виде двух конденсаторов, включенных в два накрестлежащих плеча мостового выпрямителя, два других плеча которого образуют дисды, а клеммы входной диагонали соединены с выводами источника переменного тока, о т л и ч à ещ е е с я тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей, обмотки трансформатора соединены в треугольник или звезду, а устройство дополнительно снабжено блокирующим диодом, при этом один иэ конденсаторов имеет емкость, по меньшей мере в 20 раз Ьтличную от емкости другого конденсатора, и .параллельно конденсатору меньшей емкости включен блокирующий диод, соединенный последовательно согласно с диодом смежного плеча мостового выпрямителя, а к клеммам выходной диагонали дополнительно подключена цепочка из включенных последовательно конденсатора и диода, точка соединения которых подключена к свободному линейному выводу источника переменного тока. при этом емкость дополнительно конденсатора равна емкости конденсатора большей емкости