Зарядное устройство конденсаторной батареи

 

Изобретение относится к системам автоматического управления зарядом конденсаторной батареи и предназначено для регулирования процесса заряда конденсаторной батареи до заданного напряжения и формирование прямоугольной формы зарядного тока и линейно-нарастающей формы зарядного напряжения. Задачей изобретения является улучшение зарядных характеристик зарядных устройств путем введения в схему дополнительного контура регулирования (контур тока), исключающего пики в кривой зарядного тока и увеличение КПД установки за счет уменьшения величины токоограничивающего сопротивления. Сущность изобретения состоит в том, что зарядное устройство содержит первый тиристорный преобразователь, состоящий из системы импульсно-фазового управления, питающего трансформатора и силовой части, дополнительного токоограничивающего сопротивления, конденсаторной батареи, блок датчика напряжения дополнительно, согласно изобретению, содержит второй тиристорный преобразователь, дополнительное индуктивное сопротивление, измерительный шунт, блок датчика тока, блок регулятора тока, блок регулятора напряжения и блоки ограничения выходного сигнала блоков регуляторов тока и напряжения. Техническим результатом является - улучшение зарядных характеристик. 4 ил.

Изобретение относится к системам автоматического управления зарядом конденсаторной батареи и предназначено для регулирования процесса заряда конденсаторной батареи до заданного напряжения и формирования прямоугольной формы зарядного тока и линейно-нарастающей формы зарядного напряжения.

Известно устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее управляемый источник ступенчато нарастающего напряжения, накопительный конденсатор, датчик напряжения, блок согласования, блок вычисления зарядного тока, датчик времени, блок задания тока заряда, сумматоры, элемент выборки хранения, управляемый усилительный элемент, формирователь (см. а. с. N 1003313, кл. H 03 K 3/53, 1981 г.).

Недостатком является наличие вычислительных схем на базе микропроцессорной техники для расчета зарядного тока, сравнительного анализа величины остаточного напряжения и т. п., что приводит к общему удорожанию установки в целом.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является устройство для заряда емкостного накопителя, содержащие управляемый преобразователь, блок фазоимпульсного управления, токоограничивающий элемент, накопительный элемент, датчик напряжения, блок стабилизации заданного уровня напряжения, дифференциальный усилитель, пороговый элемент, формирователь задающего напряжения, шину управления (см, а.с. N 693505, кл. H 02 J 7/04 1976 г.).

Недостатком является наличие неравномерного тока заряда накопителя (неравномерность зависит от величины индуктивности контура заряда), вследствие наличия горизонтальных полочек напряжения на зарядной характеристике, что отрицательно влияет на прочих потребителей сети и на систему электроснабжения в целом. Ограничение зарядного тока производится токоограничивающим элементом, что обуславливает снижение максимальной скорости заряда накопительных конденсаторов, дополнительно появляются потери на вышеуказанном элементе и, как следствие, уменьшение общего КПД установки. Дополнительно, данное зарядное устройство не обеспечивает изменение времени зарядного процесса при изменении частоты силовых импульсов.

Задачей изобретения является улучшение зарядных характеристик зарядных устройств путем введения в схему дополнительного контура регулирования (контур тока), исключающего пики в кривой зарядного тока, и увеличения КПД установки за счет уменьшения величены токоограничивающего сопротивления.

Сущность изобретения состоит в том, что зарядное устройство содержит первый тиристорный преобразователь, состоящий из системы импульсно-фазового управления, питающего трансформатора и силовой части, дополнительного токоограничивающего сопротивления, конденсаторный батареи, блок датчика напряжения, дополнительно, согласно изобретению, содержит второй тиристорный преобразователь дополнительное индуктивное сопротивление, измерительный шунт, блок датчика тока, блок регулятора тока, блок регулятора напряжения и блоки ограничения выходного сигнала блоков регуляторов тока и напряжения, На фиг. 1 представлена блок-схема зарядного устройства; на фиг. 2 - функциональная схема зарядного устройства, где использованы следующие обозначения E_т.п - ЭДС ТП; I_з - ток заряда (выход контура тока); U_з напряжение силовых конденсаторов; K_т.п - коэффициент усиления ТП; K_д.н - коэффициент передачи датчика напряжения; K_д.т - коэффициент передачи датчика тока; T_т.п - малая постоянная времени ТП; T_э - электромагнитная постоянная времени; T_м - электромеханическая постоянная времени; c - емкость конденсаторной батареи; на фиг. 3 и 4 соответственно диаграмме тока и напряжения, формируемые зарядным устройством для существующей системы ТП-ГИ, имеющая следующие характеристики: I_н= 50 А; U_н.выпр=460 В; емкость конденсаторной батареи c=1000 мкФ; начальное значение напряжения конденсаторной батареи после прохождения силового импульса U₀=400 В.

Зарядное устройство содержит два тиристорных преобразователя (ТП) 1, 2, каждый из которых состоит из питающего трансформатора (ПТ) (ПТ 1 включен по схеме звезда, ПТ 2 по схеме треугольник), силовой части и системы управления, причем силовой выход преобразователя 1 соединен с силовым входом преобразователя 2, выход которого соединен с входом дополнительного активного токоограничивающего сопротивления 3 малой величины, в свою очередь выход дополнительного активного токоограничивающего сопротивления 3 последовательно соединен с входом дополнительного индуктивного сопротивления 4. Выход дополнительного индуктивного сопротивления 4 соединен с входом конденсаторной батареи 5, выход которой соединен с входом измерительного шунта 6, выход которого соединен с силовой частью тиристорного преобразователя 1. Два входа блока 7 датчика тока соединены соответственно с двумя измерительными выходами измерительного шунта 6. Два входа блока 8 датчика напряжения соединяются с двумя выходами ветви конденсаторной батареи 5. Выход блока 7 датчика тока соединен с первым входом блока 9 регулятора тока, второй вход блока 9 регулятора тока соединен с выходом блока 10 регулятора напряжения. Выход блока 9 регулятора тока соединен с системой управления тиристорных преобразователей 1, 2. Выход блока 8 датчика напряжения соединяется с первым входом блока 10 регулятора напряжения, второй вход блока 10 регулятора напряжения соединяется с внешним задатчиком интенсивности. Блок ограничения 11 шунтирует блок 9 регулятора тока, а блок ограничения 12 - блок 10 регулятора напряжения.

Устройство представляет собой двухконтурную систему подчиненного регулирования напряжения заряда конденсаторной батареи 5. Внутренний контур - это контур регулирования зарядного тока, внешний - напряжения.

Силовая часть зарядного устройства состоит из двух тиристорных преобразователей 1, 2, дополнительных активных и индуктивных сопротивлений, 3 и 4 соответственно, полное активное сопротивление является суммой следующих составляющих R_п= R_x+R_т+R_ш+R_д, где R_x - фиктивное сопротивление, обусловленное перекрытием анодных фаз ТП 1 или ТП 2, R_т - активное сопротивление обмоток трансформатора ТП 1 или ТП 2, приведенное к цепи выпрямленного тока, R_ш - сопротивление измерительного шунта 6, R_д - дополнительное активное сопротивление 3, величина которого зависит от типа и мощности тиристорного преобразователя; полное индуктивное сопротивление является суммой следующих составляющих L_п = L_др + L_т + L_д, где L_др - индуктивность сглаживающего дросселя; L_т - приведенная к цепи выпрямленного тока индуктивность трансформатора ТП 1 или ТП 2; L_д - дополнительное индуктивное сопротивление 4, величина которого зависит от типа и мощности тиристорного преобразователя, конденсаторной батареи 5 генератора импульсов и измерительного шунта 6. При введении второго тиристорного преобразователя в схему, увеличивается число пульсаций ТП за период напряжения питающей сети с 6 до 12, тем самым уменьшая среднестатистическое запаздывание тиристорного преобразователя, что в конечном итоге приводит к увеличению быстродействия зарядного устройства, дополнительно, второй преобразователь увеличивает перегрузочную способность системы при перенапряжениях, связанных с процессом регулирования.

Система управления состоит из блока 7 датчика тока, берущего сигнал с измерительного шунта 6, блока 8 датчика напряжения, берущего сигнал с отдельной ветви конденсаторной батареи 5, блока 9 регулятора тока и блока 10 регулятора напряжения и двух ограничителей выходного сигнала блоков 9, 10 регуляторов тока и напряжения, соответственно 11 и 12.

При подключении нагрузки, например с помощью тиристорного ключа, происходит колебательный разряд конденсаторной батареи 5. После разряда конденсаторной батареи 5 напряжение на ней изменит свою полярность и установится на значение порядка 80-90% от номинального, в зависимости от добротности контура разряда. Далее, начинается первая фаза (неуправляемый заряд) процесса заряда конденсаторной батареи 5 (контур заряда. 1 ---> 2 ---> 3 ---> 4 ---> 5 ---> 6) от тиристорных преобразователей 1, 2. В течение первой фазы заряда конденсаторной батареи 5, равной малой постоянной времени тиристорного преобразователя 1, 2, ток ограничивается только весьма малым эквивалентным активным сопротивлением, обусловленное малыми значениями сопротивлений тиристорных преобразователей и шунта. Вследствие этого в схему введены дополнительное активное и индуктивное сопротивления которые, соответственно, ограничивают и заваливают фронт нарастания тока на время малой постоянной времени тиристорного преобразователя. Значения добавочных сопротивлений выбираются исходя из номинального тока и малой постоянной тиристорного преобразователя и могут быть рассчитаны с помощью законов Кирхгоффа. Далее, в течение второй фазы (управляемый процесс заряда), процесс заряда будет контролироваться системой управления, блоками 9, 10, регуляторами тока и напряжения, а ток заряда регулироваться путем изменения выходной ЭДС ТП 1, 2, причем задание на ток заряда будет поддерживаться постоянным, вследствие выхода блока 10 регулятора напряжения на ограничение блока 12.

Блок 9 регулятора тока внутреннего контура регулирования зарядного тока рассчитывается с помощью технического (модульного) оптимума и представляет собой ПИ²-регулятор. Блок 10 регулятор напряжения внешнего контура регулирования зарядного напряжения является П-регулятором и также рассчитывается с помощью технического оптимума. Оба регулятора имеют блоки 11 и 12 ограничителей выходного сигнала. При изменении режима работы генератора импульсов (изменение частоты силовых импульсов) возможно адаптировать время процесса заряда конденсаторной батареи 5 ко времени бестоковой паузы между силовыми импульсами путем установки соответствующего ограничения выходного сигнала блока 12 на блоке 10 регулятора напряжения.

Зарядное устройство может найти применение для устройств импульсной техники либо как независимый элемент, либо как составная часть более сложной системы автоматического управления, контролирующая основные координаты технологического процесса. Интеграция зарядного устройства в систему тем более проста, что передаточная функция ЗУ имеет вид инерционного звена.

Формула изобретения

Зарядное устройство конденсаторной батареи, содержащее первый тиристорный преобразователь, состоящий из системы импульсно-фазавого управления, питающего трансформатора и силовой части, дополнительное активное токоограничивающее сопротивление, конденсаторную батарею, блок датчика напряжения, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй тиристорный преобразователь, дополнительное индуктивное сопротивление, измерительный шунт, блок датчика тока, блок регулятора тока, блок регулятора напряжения и блоки ограничения выходного сигнала соответственно блоков регуляторов тока и напряжения, при этом силовой выход первого тиристорного преобразователя соединен с силовым входом второго тиристорного преобразователя, выход которого соединен с входом дополнительного активного токоограничивающего сопротивления, являющегося сопротивлением малой величины, в свою очередь, выход дополнительного активного токоограничивающего сопротивления последовательно соединен с входом дополнительного индуктивного сопротивления, а выход дополнительного индуктивного сопротивления соединен с входом конденсаторной батареи, при этом выход конденсаторной батареи соединен с входом измерительного шунта, выход которого соединен с силовой частью первого тиристорного преобразователя, а два входа блока датчика тока соединены соответственно с двумя измерительными выходами измерительного шунта, при этом два входа блока датчика напряжения соединены с двумя выходами конденсаторной батареи, а выход датчика тока соединен с первым входом блока регулятора тока, второй вход блока регулятора тока соединен с выходом блока регулятора напряжения, а, в свою очередь, выход блока регулятора тока соединен с системой управления обоих тиристорных преобразователей, при этом выход блока датчика напряжения соединяется с первом входом блока регулятора напряжения, второй вход блока регулятора напряжения соединяется с внешним задатчиком интенсивности заряда, а блоки ограничения выходного сигнала шунтируют блоки регуляторов тока и напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4