Система питания импульсного накопителя энергии

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например , при питании индуктивного накопителя энергии. Цель изобретения - улучшение удельных энергетических показателей путем увеличения удельной энергии накопителя при одновременном уменьшении максимально установленной мощности системы - достигается путем увеличения коэффициента использования по мощности источника питания и трансформатора преобразователя . Преобразователь 3 напряжения питается от источника 5 и обеспечивает накопление энергии в накопителе 2 через токоограничивающий дозирующий блок 4, выполненный на основе конденсатора 9, тиристора 10, диодов 11, 12. Запуск осуществляется от блока 8 управления , выполненного на основе двоичного счетчика, компаратора, источника опорного напряжения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Я 17670У4А 1 (s>)s Н 03 К 3/53

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

"" пt) а pgp

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ "" ""- "" "" т1,, " Р1„ Д

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4702760/21, 4702755/21 (22) 06,06.89 (46) 07,10,92, Бюл, ¹ 37 (72) В, B.Äoäîò÷åíêo, А, Г.Николаев и Н,И,Олейник (56) Булатов О.Г. и др, Полупроводниковые зарядные устройства емкостных накопителей энергии, М., 1986, с. 45, рис, 3.3д.

- Авторское свидетельство СССР № 1709502, кл. Н 03 К 3/53, 05.05.89, (54) СИСТЕМА ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО

НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, при питании индуктивного накопителя энергии. Цель изобретения — улучшение удельных энергетических показателей путем увеличения удельной энергии накопителя при одновременном уменьшении максимально установленной мощности системы — достигается путем увеличения коэффициента использования по мощности источника питания и трансформатора преобразователя. Преобразователь 3 напряжения питается от источника 5 и обеспечивает накопление энергии в накопителе 2 через токоограничивающий дозирующий блок 4, выполненный на основе конденсатора 9, тиристора 10, диодов 11, 12, Запуск осуществляется от блока 8 управления, выполненного на основе двоичного счетчика, компаратора, источника опорного напряжения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

М.

\» ! .Ъ 0

"V

0 с

1,0

1767694

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при питании, например, индуКтивного накопителя энергии.

Целью изобретения является улучшение удельных энергетических показателей путем увеличения удельной энергии накопителя при одновременном уменьшении максимальной установленной мощности системы за счет увеличения коэффициента использования по мощности источника питания и трансформатора преобразователя.

На фиг. 1 и 2 приведены структурные электрические схемы системы питания с различным выполнением токоограничивающего дозирующего блока согласно пп. 2 и 3 формулы изобретения; на фиг. 3.— эквивалентные схемы, поясняющие работу системы; на фиг, 4 — вариант выполнения блока управления.

Система питания импульсного накопителя энергии содержит импульсную нагрузку 1, параллельно которой подключен накопитель 2 энергии, преобразователь 3 напряжения с трансформаторным выходом, первый вывод которого соединен с первым выводом токоограничивающего дозирующего блока 4, второй вывод — с вторым выводом токоограничивающего дозирующего блока 4. Первый и второй входы питания преобразователя 3 напряжения соединены с выходом источника 5 питания, Система питания содержит также датчик 6 тока, управляемый коммутатор 7, включенный между третьим выводом токоограничивающего дозирующего блока 4 и первым выводом накопителя 2 энергии. Первый и второй выводы датчика 6 тока соединены с четвертым и пятым выводами токоограничивающего дозирующего блока 4 и подключены между . четвертым выводом токоограничивающего дозирующего блока 4 и вторым выводом накопителя 2 энергии, причем в качестве накопителя энергии применен индуктивный накопитель, Токоограничивающий дозирующий блок 4 содержит блок 8 управления, конденсатор 9, тиристор 10, первый и второй 11, 12 диоды, линейный дроссель 13, первый вывод которого соединен с первым выводом токоограничивающего дозирующего блока

4 и первым выводом блока 8 управления, Второй вывод токоограничивающего дозирующего блока 4 соединен с первой обкладкой конденсатора и вторым выводом блока

8 управления, третий вывод — с катодом тиристора 10 и третьим выводом блока 8 управления, четвертый вывод — с первым выводом линейного дросселя 13 и четвер10

55 тым выводом блока 8 управления, пятый вывод — с пятым выводом блока 8 управления, шестой вывод которого соединен с управляющим электродом тиристора 10. Анод последнего соединен с второй обкладкой конденсатора 9, с катодом первого диода

11, анод которого соединен с вторым выводом линейного дросселя. Второй диод 12 включен между третьим и четвертым выводами токоограничивающего дозирующего блока 4, Токоограничивающий дозирующий блок 4 содержит дополнительный тиристор

14 (фиг. 2). Причем первый вывод линейного дросселя 13 соединен с первым выводом токоограничивающего дозирующего блока

4 и первым выводом блока управления,. второй вывод токоограничивающего дозирующего блока 4 соединен с анодом тиристора

10, третий вывод — с первой обкладкой конденсатора 9, катодом первого и второго диодов 11 и 12, четвертый вывод — с первым выводом линейного дросселя 13. Анод дополнительного тиристора 14 соединен с катодом тиристора 10, Анод первого диода 11 соединен с вторым выводом линейного дросселя 13, Второй вывод блока 8 управления соединен с катодом дополнительного тиристора 14 и шестым выводом токоограничивающего дозирующего блока 4, третий вывод — с катодом тиристора 10, четвертый и пятый выводы — с четвертым и пятым выводами соответственно токоограничивающего дозирующего блока 4, шестой вывод— с управляющим электродом тиристора 10, седьмой вывод — с управляющим электродом дополнительного тиристора 14. Шестой вывод токоограничивающего дозирующего блока 4 соединен с отводом транс рорматора преобразователя 3 напряжения с трансформаторным выходом.

Блок управления (фиг, 4) может быть выполнен на основе импульсного трансформатора 15, резисторов 16, 17, двоичного счетчика 18, компаратора 19, диода 20, тиристора 21, источника 22 опорного напряжения.

Система питания работает следующим образом, Энергия источника 5 постоянного напряжения, например. с практически неизменной ЭДС Е = const преобразуется преобразователем 3 напряжения — ичвертором, выполненным, например, по однофазной нулевой схеме на двух тиристорных ключах, трансформаторе и коммутирующем конденсаторе, в энергию перемени.ого напряжения с напряжением или ЭДС прямоугольной формы величиной Ои или Еи и с частотой f, 1767694

При отрицательном полупериоде изменения выходного напряжения трансформатора преобразователя 3 в системе с тиристором 14 блок 8 управления открывает этот тиристор и происходит заряд конденсатора 9 через линейный дроссель 13 в оптимальном (по максимуму КПД заряда конденсатора 9) резонансном режиме, когда индуктивность дросселя 13 L определяется выражением

Lp, С (2л1} где С вЂ” емкость конденсатора 9;

Lp> — индуктивность рассеяния трансформато а и еоб азователя 3;

Q = (+ LpT /С /r — добротность системы при заряде конденсатора 9 через дроссель

13; г = Во+ Rnp + Rnp — активное сопротивление этого зарядного контура;

Ro — приведенное к выходу трансформатора преобразователя 3 внутреннее сопротивление источника 5;

Rnp — активное сопротивление дросселя

13;

Rnp — среднее сопротивление диода 11 в проводящем направлении, а в системе по фиг. 2 R>p — сумма средних сопротивлений подзарядного диода 11 и шунтирующего тиристора 14 в проводящем направлении, в системе по фиг. 1 по цепи (см. фиг, 3a): трансформатор преобразователя 3 — дроссель 13 — диод 11, конденсатор 9 — трансформатор преобразователя 3 до максимального напряжения UcT = Еи(1 +

44/Ú 4а — 1

+ е, а в системе по фиг. 2 цепи (см. фиг. Зб): трансформатор преобразователя 3 — дроссель 13 — диод 11 — конденсатор 9 — открытый шунтирующий тиристор

14 — трансформатор преобразователя 3 до максимального напряжения Ucr = E o(1+

- / 4а — 1

+е,), где Š— ЭДС на выходе трансформатора между отводом 0 и общей шиной, При положительном полупериоде изменения выходного напряжения трансформатора преобразователя 3 блок 8 управления открывает тиристор 10, вторичная обмотка трансформатора преобразователя 3 соединяется последовательно-согласно с конденсатором 9 и к выводам индуктивного накопителя 2 прикладывается максимальное нап яжение Еи + Uc = Еи(2 +

4Q — 1

+е ) в системе по фиг, 1 или

44/ 4Q — 1

Еи + Ост = Еи(1 + е )E„/Еи) в системе по фиг. 2. Под действием этого напряжения каждый положительный полупериод изменения напряжения трансформатора через обмотку индуктивного накопителя 2 протекает в системе по фиг, 1 по цепи (см. фиг. 3a): порция подзарядного тока Л iL, в максимуме достигающая величи10 РГ 1/4а ны ILm = Еи(2 + е )/(2П,), а в системе по фиг, 2 по практически той же цепи (см. фиг, 3r), только конденсатор 9 и тиристор 10 меняются местами — порция подзарядного тока h IL в максимуме достигающая величины

I Lm = Е и(1 + (1 + — 44/ аале — 1

+ е )E>c /Еи)/(2fL<).

20 где LH — индуктивность накопителя 2.

Эти максимальные приращения п тока каждый последующий период изменения

25 выходного напряжения трансформатора суммируются с предыдущим током накопителя 2 и, как следует из закона сохранения энергии, в общем случае в любое время заряда накопителя 2 t>, которое в процессе заряда изменяется от нуля до конечного времени заряда t><, ток заряда индуктивного накопителя определяется выражением

i = ILm +fthm/ 1 -K . где К = lao/lorn отношение начального тока заряда накопителя Igc, к максимальному току

I>m его заряда. При этом заряд индуктивного

40 накопителя происходит в режиме неизменной средней за каждый период изменения напряжения источника потребляемой от источника и трансформатора преобразователя мощности.

В отрицательные полупериоды изменения напряжения трансформатора преобразователя происходит описанным выше способом заряд конценсатора 9 до максимального напряжения Ucm, а ток накопителя 2 4 замыкается через диод 12 (см фиг, Зв и Зг) и сохраняется практически неизменным до следующего положительного полупериода изменения напряжения трансформатора преобразователя 3.

При заряде индуктивного накопителя до максимального тока 1зш, когда падение напряжения на датчике 6(с сопротивлением

14ш) Ош = R lgm, усиленное Усилителем блока управления, становится равным опорному напряжению блока управления. импульса1767694

35

45

55 ми управления открывается управляемый замыкающий коммутатор типа тиристорного ключа и размыкаются контакты управляемого размыкающего коммутатора 7.

Происходит разряд накопителя на импульсную нагрузку от начального тока разряда lp<

= 1 до конечного тока разряда lp< (например, до Ipg = !эо). После этого блок управления замыкает контакты коммутатора 7, оставшийся ток Ip< = 4р замыкается через блокирующий диод 12 и следует описанный выше новый цикл заряда индуктивного накопителя от начального l o до максимального тока lorn за время Ьк, а затем разряд его на импульсную нагрузку, И так далее циклически.

Так как максимальная установленная мощность источника Pm и трансформатора преобразователя 3 P»m = Pm равна отношению средней зарядной мощности индуктивного накопителя, одинаковой в предлагаемой системе и базовом объекте, Р р к практическому коэффициенту использования источника и трансформатора по мощности К», а отношение удельной энергии сверхпроводящего индуктивного накоПИтЕЛя В СИСТЕМЕ WEm = 6 КДж/КГ К удЕЛЬНОй энергии емкостного накопителя в базовой системе, набранного из молекулярных конденсаторов типа М И К 1 с удельной энергией

О/ещБ = 1 кДж/кг, cocTBBvlT WEm/WEm6 = 6, то можно сделать следующие выводы, В системе по фиг. 1 такой удельный энергетический показатель, как удельная энергия по массе, улучшается — увеличивается по сравнению с базовой системой примерно в 2 раза путем увеличения удельной энергии накопителя энергии в 6 раз и уменьшения максимальной установленной мощности источника 5 и трансформатора преобразователя 3 в 1,13 раза за счет увеличения практического коэффициента их использования по мощности в 1,13 раза.

В системе по фиг, 2 такой удельный энергетический показатель, как удельная энергия по массе, улучшается (увеличивается) по сравнению с базовой системой примерно в 2,5 раза путем увеличения удельной энергии накопителя энергии в 6 раз и уменьшения максимальной установленной мощности источника 5 и трансформатора преобразователя в 1.33 раза за счет увеличения практического коэффициента их использования по мощности в 1,33 раза.

Блок управления (фиг, 4) работает следующим образом, При первом положительном полупериоде изменения напряжения преобразователя 3, пропорциональная часть которого снимается с резистора 17 делителя напряжения, оно поступает на первичную обмотку импульсного трансформатора 15, с его вторичной обмотки на входные выводы двоичного счетчика 18 через диод 20 подается положительный импульс напряжения, соответствующий переднему фронту положительного полупериода изменения напряжения преобразователя 3. Двоичный счетчик отсчитывает первый импульс, При втором положительном полупериоде изменения напряжения источника двоичный счетчик отсчитывает второй положительный импульс вторичной обмотки импульсного трансформатора и, насыщаясь, выдает со своих выходных выводов на управляющий переход запираемого тиристора 21 постоянное открывающее напряжение и он открывается. С вторичной обмотки импульсного трансформатора через открытый запираемый 1иристор 21 на управляющий переход первого тиристора

10 вентильной цепочки подаются в начале каждого следующего положительного полупериода изменения напряжения преобразователя 3 отпирающие импульсы напряжения, он открывается и остается открытым весь положительный полупериод в течение времени тп = к/в, где в — круговая частота напряжения преобразователя 3, пока не поступит следующий отрицательный полупериод изменения напряжения, который закрывает тиристор 10, Формула изобретения

1. Система питания импульсного накопителя энергии, содержащая импульсную нагрузку, параллельно которой подключен накопитель энергии, преобразовагель напряжения с трансформаторным выходом, первый вывод которого соединен с первым выводом токоограничивающего дозирующего блока, второй вывод — с вторым выводом токоограничивающего дозирующегоблока, первый и второй входы питания преобразователя напряжения соединены с выходом источника питания, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей путем увеличения удельной энергии накопителя при одновременном уменьшении максимальной установленн0й мощности системы в нее введены датчик тока, управляемый коммутатор, включенный между третьим выводом токоограничивающего дозирующе о блока и первым выводом накопителя энергии, первый и второй выводы датчика тока соединены с четвертым и пятым выводами токоограничивающего дозирующего блока и подключены между четвертым выводом то1767694

10 коограничивающего дозирующего блока и вторым выводом накопителя энергии, причем в качестве накопителя энергии применен индуктивный накопитель.

2. Система по и. 1, о тл и ч а ю щ а я с я 5 тем, что токоограничивающий дозирующий блок содержит блок управления, конденсатор, тиристор, первый, второй диоды, линейный дроссель, первый вывод которого соединен с первым выводом токоограничи- 10 вающего дозирующего блока и первым выводом блока управления, второй вывод токоограничивающего доэирующего блока . соединен с первой обкладкой конденсатора и вторым выводом блока управления, тре- 15 тий вывод — с катодом тиристора и третьим выводом блока управления, четвертый вывод — с первым выводом линейного дросселя и четвертым выводом блока управления, пятый вывод — с пятым выводом блока уп- 20 равления, шестой вывод которого соединен с управляющим электродом тиристора, анод которого соединен с второй обкладкой конденсатора, с катодом первого диода, анод которого соединен с вторым выводом 25 линейного дросселя, второй диод включен между третьим и четвертым выводами токоограничивающего дозирующего блока.

3. Система по и, 1, отличающаяся тем, что токоограничивающий дозирующий 30 блок содержит дополнительный тиристор, линейный дроссель, первый вывод которого соединен с первым выводом токоограничивающего дозирующего блока и первым выводом блока управления, второй вывод токоограничивающего дозирующего блока соединен с анодом тиристора, третий вывод — с первой обкладкой конденсатора, катодом первого и второго диодов, четвертый вывод — с первым выводом линейного дросселя, анодом второго диода, катод тиристора соединен с второй обкладкой конденсатора, дополнительный тиристор, анод которого соединен с катодом тиристора, анод первого диода соединен с вторым выводом линейного дросселя, второй вывод блока управления соединен с катодом дополнительного тиристора и шестым выводом токоограничивающего дозирующего блока, третий вывод — с катодом тиристора, четвертый, пятый выводы — с четвертым и пятым выводами соответственно токоограничивающего дозирующего блока, шестой вывод — с управляющим электродом тиристора, седьмой вывод — с управляющим электродом дополнительного тиристора, причем шестой вывод токоограничивающего дозирующего блока соединен с отводом трансформатора преобразователя напряжения с трансформаторным выходом.

Составитель A,Ãoðáà÷åâ

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор И.шмакова

Редактор

Заказ 3558 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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