Система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током

 

Использование ci/.стема заряда аккумуляторных батарей (АБ) асимметричным током от трехфазного источника переменного тока, обмотки которого соединены с звезду с выведенной нейтралью Сущность изобретения система содержит мостовой выпрямитель-формирователь асимметричного тока, два плеча которого образованы тиристорами (диодами) а два другие - заряднопсдраэрядными конденсаторами с разными номиналами. Параллельно конденсатору меньшей емкости включается блокирующий диод, соединенный последовательно-согласно с диодом плеча мостового выпрямителя , при этом соотношение емкостей зарядно-педразрядных конденсаторов равно примерно 1:20, К клеймам выходной диагонали выпрямителя подключены две цепочки из пары включенных последовательно-согласно диодов, то1ки соединения которых подключаются к свободным линейным выводам источника непосредственно и через дополнительные конденсаторы - к положительной выходной клемме выпрямителя, Емкость дополнительных конденсаторов равна емкости конденсатора, зашунтированного блокирующим диодом, При таком формировании асимметричного тока напряжение на выходе системы заряда увеличивается в 2 раза от амплитудного фазного напряжения трехфазного источника, что обеспечивает большой диапазон регулирования постоянной составляющей AT, 1 ил. fpststn %,

СОГОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕ,НЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ гь ЦТДРС ДУУ gP gg P T

Ф.И. Устройство для заряда и разряда аккумуляторных батарей. — M., Знергия, 1975, с. 7-9а, с, 208.

Авторское свидетельство СССР

¹ 577609, кл, Н 02 J.7/ 0, 1976. (54) C!4CTFMA ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ

БАТАРЕИ АСИММЕТРИЧHblM ТОКОМ (57)!использование: система заряда аккумулятор .ых батарей (АБ) асимметричным тОком От трехфазного источника переменнОГО тока, обмотки которо о соединень1 в звезду с выведенной нейтралью, Сущность изобретения: система содержит мостовой выпрямитель-формирователь асимметричнОгО тока, два плеча которого образованы тиристорами (диодами), д два др/Гие зарядно

Изобретение относится к электрохимическим источникам постоянного тока — аккумуляторным батареям (Ao), 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 напря>кения батареи и управления вентилями выпрямителей, В указанном уСтройстве подразрядный импульс формируется в паузах между импульсами зарядногО

„, . 3„, 1757020 Al псдразрядными конденсаторами с разными номиналами. Параллельно конденсатору меньшей емкости включается блокирующий диод, coeäëèåíHûé последовательно-соГласно с диодом плеча мостовОГО выпрямителя, при этом соотношение емкостей зарядно-подразрядных конденсаторов равно примерно 1:20, К клеммам выходной диагонали выпрямителя подключейы две цепочки из пары включенных последовательно-согласно диодов, точки соединения которых подключаются к свободным линейным выводам источника непосредственно и через дополнительные конденсаторы — к положительной выходной клемме выпрямителя, Емкость дополнительных конденсаторов равна емкости конденсатора, зашунтированного блокируюв,им диодом, При таком формировании асимметричного тока напряжение на выходе системы заряда увеличивается в

2 раза от амплитудного фазного напряжения трехфазного источника, что обеспечивает большой диапазон регулирования постоянной составляющей AT, 1 ил. тока, что усложняет систему формирования зарядно-разрядных импульсов, так как подразрядный конденсатор необходимо заряжать через дополнительйый выпрямитель-от второго источника переменного напряжения. Отключение основного источник" от батареи во время формирования подрьз рядного импульса. осуществляемое тиристорами управляемого выпрямителя, облегчая формирование подразрядного импульса, приводит к дискретному во времени — импульсному использованию мощКОсти зарядного истОчника (т.е. мОщнОсть во время пауз не используется), что завышает типовую мощность зарядного источника, Энергия же второго источника для заряда батареи не используется, Известна также система заряда аккумуляторной батареи асимметричным таком, содержащая источник переменчого тока, МОСТОВой ВЫПРЯМИТЕЛЬ, КЛЕММЫ ВЫХОДНОЙ диагонали которого через токоограничивающее сопротивление, например, линейный дроссель, подключены к клеммам АБ, 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 импульсбв и энергия этих подразрядных импульсов батареи рассеивается на составляющих активного сопротивления системы, заряд батареи в таком устройстве характеризуется низким КПД.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система заряда АБ асимметричным током, содержащая источник переменного тока в виде трехфазного трансформатора, вторичные обмотки которого включены последовагельно так. что 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 АБ, электрическу о 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.

В этой системе заряда формирование асимметричного тока осуществляется нэложением на переменный ток (ограниченный емкостным сопротивлением зарядно-разрядных конденсаторов) импульсов выпрямленного тока, постоянная составляющая которого, запасаемая в аккумуляторах, не восполняет емкость АБ, израсходованную при ее разряде, Батарея в такой системе может быть заряжена до напряжения, вдвое превышающего амплитуду фаэного напряжения трехфазного источника переменного тока. -а передача энергии источника в АБ

Осуществляется с высоким КПД, так как потери мощности в данной цепи примерно на

Д0

45 два порядка меньше, чем в цепи с активным сопротивлением, Однако невысокое относительное значение зарядного напряжения (то есть заряд батареи только до амплитуды напряжения источника переменного тока, что характеризуется относительным зарядным напряжением, равны единице) ухудшает удельные энергетические показатели и

ЭТОЙ СИСТЕМЫ.

Кроме того, весьма существенным недостатком атой системы является то, что Она может быть использована только при заряде от автономного трехфазного источника, обмотки которого включаются в ячейку последовательно, что практически исключает возможность использования данной системы для заряда от неавтономного источника.

Цель изобретения — улучшение удельных энергегических показателей системы заряда АБ AT путем увеличения скорости передачи энергии источника в заряжаемую батарею, .

Пос авленная цель достигается тем, что система заряда аккумуляторной батареи и асимметричным током, содержащая источник переменного тока в виде трехфазного трансформатора, мостовой выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого подключены к клеммам аккумуляторной батареи, электрическую разрядную емкость и блок контроля напряжения батареи и управления вентилем выпрямителя, причем электрическая разрядная емкость выполнена в виде двух конденсаторов, включенных в два накрестлежащих плеча мостового выпрямителя, два другие плеча которого образуют вентили, а клемма входной диагонали соединена с линейным выводом вторичной

Обмо ки указанного трансформатора, обмотки трехфазного источника соединены звездой с выведенной нейтралью, система дополнительно снабжена блокирующим диодом, при этом один из ее конденсаторов имеет емкость, по меньшей мере в 20 раэ отличную от емкости другого конденсатора и параллельно конденсатору меньшей емкости включен блокирующий диод, соединенный последовательно-согласно с вентилем смежного плеча упомянутого мостового выпрямителя, а к клеммам выходной диагонали дополнительно подключены две цепочки из пары включенных последовательно-согласно диодов, точки соединения которых подключены к свободным линейным выводам упомянутого трансформатора непосредственно и через дополнительные конденсаторы — к положительной выходной клемме мостовОГО выпрямителя, - свободная клемма его входной

1757020 диагонали к выводу нейтрали звезды, при этом емкость дополнительных конденсато" ров равна емкости конденсатооа, зашунтированного блокирующим диодом, На чертеже показана электрическая 5 схема системы, В данной системе аккумуляторная батарея 1 подключена к выходным клеммам мостового управляемого вырямителя 2, к клеммам 3 и 4 входной диагонали которого 10 подключены обмотки трехфазного источника переменного тока 5, соединенные в звезду с выведенной нейтралью. В два накрестлежащие плеча моста 2 включены конденсаторы 6 и 7 различной емкости, а 15 два другие его плеча образуют диод 8 и тиристор 9, сигналы на открытие которого подаются от блока 10, осушествляющего контроль напряжения батареи и источника, а также фазовое управление тиристором, 20 который может быть выполнен по любой известной схеме. Емкости конденсаторов 6 и 7 отличны друг от друга по меньшей мере в 20 раэ и параллельно конденсатору с меньшей емкостью (7) включен блокирую- 25 щий диод 11, который соединен последовательно согласно c Ho;oM 8. Вывод нейтрали обмотки ТИПТ подключен к общей то .ке 12 соединения конденсатора 6 и тиристора 9. 30

Две цепочки, каждая иэ которых состоит из пары включенных последовательно-согласно диодов 13. 14 и 15. 16 подсоединены к клеммам выходной диагонали моста. Общие точки соединения диодов каждой этой 35 цепочки непосредственно подключены к свободным линейным вывода 4 4 и 17 источники 5 и через дополнительные конденсаторы 18 и 19 — к положительной выходной клемме мостового выпрямителя. 40

При рассмотрении процессов в системе заряда будет считать, что тиристор 9 в соответствующие моменты времени открыт, т,е. проводит ток как обычный диод.

Формирование асимметричного тока в 45 данной системе заряда осугцествляется путем наложения шести (за один период) Однополярных (так называемых униполярных) зарядных импульсов тока источника на переменный ток. протекающий поочередно 50 через каждую фазу источника 5 и конденсаторы зарядно-подразрядной емкости. Конденсатор 6 вместе с конденсаторами 7, 18 и

19 образуют три делителя переменного и один умножитель постоянного напряжения. 55

Этот умножитель повышает вдвое заряднбе напряжение АБ.

Униполярные зарядные импульсы, СОэдающие постоянную сосатвляющую асимметричного тока (за период изменения напряжения трехфазного источника). формируются по трем следующим цепям: источник 5-12-9-1-8-3 — источник: источник

5-12-9- t-14-4 — источник 5, источник 5-12-91-16-17 — источник 5 (когда напряжение на

АБ меньше амплитудного фазного значения

Н3ПРЯЖ8НИЯ ИСтОЧНИК3. Т.8. UA5

П8оеменная составлющая А! проводится по А8М цепям: 1-7-3 — источник 5-12-6-1:

1-18-4 — источник 5-12-6-1; 1-19-17 — источник 5-12-6-1 при подраэряде АБ и эапасание ее энергии в конденсаторах 7, 18 и 19, и по цепям: источник 5-3-7-1-6-12 — источник 5 при возврате в АБ энергии подразрядного импульса, Так как емкость конденсаторов 7, 18 и

19 примерно в 20 раэ меньше емкости конденсатора 6, при подразряде АБ на емкостные делители напряжения 7-6, 18-6 и 19-6 конденсаторы 7, 18 и 19 заряжаются от АБ 1 до напряжения, равного примерно 95g,, а конденсатор 6 — 5g от напряжения цепи: источник 5 — АБ 1, Рассмотрим работу системы эа период изменения н"-пряжения первой фазы источника (верхней по чертежу) и при напряжении АБ меньшем амплитудного фазного напряжения источника 5, Будем считать в начальный момент фазовое напряжение первой фазы положительным на клемме 12, на клемме 3 — отрицательным. Когда напряжение указанной фазы источника 5 превысит напряжение АБ 1, она заряжается по цепи: клемма 12, TMp_#_OTop 9, б3тар8я 1, в8нтиль 8, клемма 3. Конденсаторы 6 и 7, включенные параллельно рассмотренной цепи заряда АБ 1, заряжаются соответственно через открытые вентили 8 и 9 до напряжения батареи и запасают при этом энергию источника. Диод 11 находится в запертом состоянии, так как и к его катоду приложен положительный потенциал относительно анода.

Заряд батареи по рассматриваемой цепи продолжается до тех пор, пока напряжение первой фазы источника 5, возрастая п абсолютной величине, а затем убывания, ... станет равным напряжению батареи. Вентили 8 и 9 при этом перестают проводить ток источника и их сопротивление бесконечно возрастает. В это время параллельно батарее оказывается включенной цепь из трех соединенных последовательно источников: конденсатора 7, источника 5 и конденсатора

6, напряжения которых равны друг другу.

1757020

Суммарное напряжение рассматриваемой цепл равно напряжению батареи, так как полярность напряжения первой фазы источника Обратна по отношению к поля„"! Ости . Наг ряжений конденсаторов, По мере уменьшения напряжения первой фазы источника суммарное напряжение рссмятриваемой цепи возрастает и поэтому конденсаторь!, разряжаясь, отда!От батарее энергию, запасенную ими от источника. Так как энергия запасенная конденсатором 7, примерно в 20 раэ меньше энергли запасенной конденсатором 6, этот конденсатор отдает свою энергию бь!стрее, чем конденсатор 6, который продолжает отдавать 3Yергию в АБ через открывшийся диод

1 j по Цепи: 6-12-3-11-1-6. В момент Ври)!ени, когда напряжение первой фазь; источника 5 становится pBBHblv. Нулк>, конденсатОр

6 разряжается до напря>кенля, равного напряжению батареи.

В следующем полупериоде изменения напряжения первой фазы источника 5, кОГдз на клемме 3 положительный потенциал, а на клемме 12 — отрицательный, полярность включения конденсатора 6 и первой фазы исто !Ника 5 становится согласной и кснденсатор 6 продолжает разояжаться на АБ по той же цепи: 6-12-3-11-1-6 до тех пор, пока мгновенное значение напряжения первой фазы источника 5 не станет равным напряжению АБ, После этого полярность напряжения конденсатора 6 !лзменяется, так как он в это время перезяряжается, Заряд АБ продолжается до тех пор, пока напряжение первой фазы источника не достигнет максимального значения. В это время зарядный импульс тока АБ прекращается, Напря>кение на конденсаторе 6 в это время равно разности амплитудного значения напря>кения первой фазы источника и батареи, В момент уменьшен!ля мгновенного значенля напряжения первой фазы источника начинается подраэряд АБ через источник 5 на конденсаторы, 6 и 7, первый из которых снова перезаряжзется. Подразрядный импульс продолжается до тех пор, пока напряжение источника не станет равным нулю. В это время напряжение конденсатора 7 примерно равно напряжению батареи, а напряжение конденсатора 6 примерно равно нулю (по крайней мере в 20 раз меньше напряженля на конденсаторе 7). Диод 11 вновь заперт.

Подразрядный импульс АБ будет продолжаться и после ОбрятнОЙ смены пОлярности напряжения первой фазы источника (начинается второй период изменения напряжения первой фазы источника} до тех пор, пока напряжение данной фазы не станет равным напря>кению АБ, В это время подраэрядный импульс прекращается, и если вентили В и 9 открыты, то источн !к осуществляет заряд АБ и подэаряд конденсаторов

6 и 7 От первоЙ фЯзы источникЯ ЯнзлОГично рассмотренному выше.

Если тиристор 9 зэкрыт, ток источника в АБ через вентили 9 и 8 (14, ",6} не протекает, Изменяя время открытия тиристора 9 можно регулировать среднее значение тока заряда АБ в течение полуперлода изменения напряжения каждой фазы исто ника 5, когда на клемме 12 положительный потенциал, Если напряжение АБ больше амплитудного фаэного значения, напряжения источника, по меньше ее удвоенного значения

Ит, !. < Л ь<2Ь.y. n, зарядная цепь батаре» от первой фазы источника 5 непосредственно (источник 5-12-9-1-8-3 — источник 5) энерги!о в АБ не передает, а батарея заряжается от источника только чер э Вольтодобава-шый конденсатор 6, который, проводя переменну>о составляющую асимметричноГО тОкз, заряжается от источника В полупериоды, когда на клемме 12 положительный потенциал и разряжается ня АБ через источник 5 В полупериоды, когда на клемме 12 отрицятельнь.й потенциал. Так как максимальное зарядное напряжение на конденсаторе 6 раВНО амплит pHOMQ фзэному знячени!о напряжения источника, то АБ может быть заряжена до напряжения, практическл вдвое превыша!Ощего амплитудное значение напряжения каждой фазы источника 5, Работа системы заряда с учетом действия двух других фаз за период изменения напряжения (тока) источника 5 приводит к тому, что число зарядных и подрззрядных импульсов утраивается. Вследствие этого среднее значение постоянной составляюЩЕЙ ЯСИММЕТРИЧНОГО TOI(8 и ЭЯРЯДНОЙ МОЩности (по сравнению с прототипом) также утраивается. 1 .рОме ТОГО, так как источник 5 формирует зарядные импульсы тока со сдвигом на 120 эл.град., уменьшается неравномерность отбора мощности от источника, что приводит к повышению значения коэффициента мощности источника, который рабогает в динамически уравновешенном режиме. Это приводит к дополнительному улучшению удельных знергетлческих показателей системы, Однако требует использоВания 7 (семл) вентилей.

В ыполнение конденсаторов 6 и 7, 18, 19 различной емкости и включение пврвллельно конденсаторам меньшей емкости 7, 18 и

19 соответственно диодов 11, 13 и 15 исключает их переэяряд, в также позволяет ис1757020

10 пользовать в качестве этих конденсаторов любых злектролитических конденсаторов, характеризуемых относительно болшими удельными энергиями, Кроме тоra, бестрансформаторным путем практически вдвое 5 увеличивается зарядное напряжение в системе, в результате чего повышается значение постоянной составляющей асимметричного тока и, соответственно, скорость передачи энергии источника в заряжаемую 10

АБ, что исключает необходимость применения повышающего трансформатора, Таким образом, снабжение системы заряда АБ с асимметричным током {содержащей мостовой вентильно-конденсаторный 15 выпрямитель-формирователь асимметричного тека) блокирующим диодом и выполнение делителя переменного и умножителя постоянного напряжения на двух конденсаторах выпрямителя-формирователя путем 20 выбора различной емкости этих конденсаторов и шунтирование каждого конденсатора меньшей емкости блокирующи диодом с увеличением числа делителей переменного напряжения и умножителей постоянного 25 напряжения приводит к увеличению зарядного напряжения и повышение скорости передачи энергии трехфазного источника, а также повышает значение заоядной мощности путем уменьшения количесгва зарядных 30 импульсов за период изменения напряжения источника. Б конечном итоге улучшается удельные энергетические показатели систем заряда от источника при соединении

его обмоток по четырехпроводной схеме, 35

Формула изобретения

Система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащая источнлк переменного тока в виде трехфаз40 ного трансформатора, мостовой управляемый выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого подключены к клеммам аккумуляторнол батареи, электрическую зарядно-разрядную емкость и блок контроля напряжения батареи и управления вентилями выпрямителя, причем электрическая зарядно-разрядная емкость выполнена в виде двух конденсаторов, включенных в два на- . крестлежащих плеча мостового выпрямителя, два других плеча которого образуют вентили, а клемма входной диагонали соединена с линейным выводом вторичной обмотки трансформатора, о т л и ч а о щ а яс я тем, что, r. целью улучшения удельных энергетических показателей, обмотки истОчника сОединены звездой с выведенной нейтрглью, система дополнительно снабжена блокирующим диодом, при этом один из ее конденсаторов имеет емкость, по меньше мере в 20 раз отличную от емкости другого конденсатора, и параллельно конденсатору меньшей емкости включен блокирующий диод, соединенный последовательно согласно с вентилем смежного плеча мостового выпрямителя, а к клеммам выходной диагОнали дополнительно подключены две цепочки из пары включенных последовательнО согласно диодов. тбчкИ соединения которых подключены к свободным линеййым выводам трансформатора непосредственно и через дополнительные конденсаторы — к положительной выходной клемме мостового выпрямителя, свободная клемма входной диагонали которого подключена к выводу нейтрали звезды, при этом емкость дОполнительных конденсаторов равна емкости конденсатора, зашунтированного блокирующим диодом.

1757020

У gg

==> гд

Состааитель И. Найдяна

Редактор Н. Лазаренко Техред МА4ортентал Короектор 5j яакко, и

Производстаенно-издательский комбинат "Патент", г Ужгород. ул,Гагарина, 101

Заказ 3095 TV4p8K Подиисное

ВНИИПИ Государстеенного комитета оо изобретениям и открутили при ГКНТ СССР

113035. Москеа, N-35, Рауаскал наб., 4/5