Зарядно-разрядное устройство с рекуперацией электроэнергии в корабельную сеть


 


Владельцы патента RU 2498476:

Закрытое акционерное общество "ИРИС" (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности, увеличение времени бесперебойной работы и экономия электроэнергии. Зарядно-разрядное устройство включает первую (1) и вторую (24) сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока, первый (2) и второй (19) автоматические выключатели, первый (3), второй (17), третий (2) и четвертый (22) датчики тока, первый (4), второй (6) и третий (13) фильтры, первый (5), второй (7), третий (16) инверторы-выпрямители, причем, второй инвертор-выпрямитель (7) включает первый (8), второй (10), третий (9) и четвертый (11) IGBT-ключи; блок защиты (12), группу потребителей напряжения постоянного тока (14), трансформатор (15), сеть напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей (18), первый (20) и второй (23) датчик напряжения, первый (25), второй (26) и третий (28) блоки драйверов силовых ключей, аналого-цифровой преобразователь (27), источник бесперебойного питания с аккумуляторной батареей (29) и микроконтроллер (30). 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и, в частности, к системам, использующим полупроводниковые преобразователи напряжения при проведении циклов заряда-разряда аккумуляторных батарей регулируемым реверсивным постоянным током с возможностью рекуперации электроэнергии (запасенной в аккумуляторных батареях) в корабельные трехфазные сети переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением 380/220 В. Изобретение может быть использовано для автоматического заряда-разряда аккумуляторных батарей и бесперебойного электропитания ответственных потребителей постоянного и переменного тока на различных объектах (подвижных и стационарных) промышленного и военного назначения.

Известен зарядно-разрядный преобразователь («Зарядно-разрядный преобразователь ЗРП-150/50», ), поставляемый Обществом с ограниченной ответственностью «Элмашпром», Россия, г. Нижний Новгород (1/1/10/5/50/130/auto/2/zaryadka 440.html?f=1&1=0), представляющий собой трехфазный тиристорный реверсивный преобразователь, предназначенный для заряда, тренировочного заряда, формования в режиме оптимального заряда-разряда до десяти 12-вольтовых и до пяти 24-вольтовых аккумуляторных батареек одновременно. В режиме разряда энергия, вырабатываемая аккумуляторными батареями, инвертируется в питающую сеть 3 ~ 50 Гц, 380/220 В. Недостатком данного зарядно-разрядного преобразователя является то, что в нем переключение режимов работы преобразователя (заряд, тренировочный заряд, формование аккумуляторных батарей в режиме заряда-разряда) производится вручную.

Также известен зарядно-разрядный комплекс (Патент РФ на изобретение №2419943 «ЗАРЯДНО-РАЗРЯДНЫЙ БЕРЕГОВОЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ КОРАБЕЛЬНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ С ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ ОТ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ СЕТИ», МПК 2006.01: H02J 7/10, патентообладатель: Закрытое акционерное общество «ИРИС»). В зарядно-разрядном комплексе с так называемой «двенадцатипульсной схемой выпрямления» реализовано использование высоковольтных сетей переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением 6 или 10 кВ для электропитания реверсивным регулируемым постоянным током корабельных аккумуляторных батарей, а также предусмотрена возможность возврата химической энергии, накопленной в аккумуляторной батарее, в высоковольтную сеть переменного тока.

Основным недостатком данного комплекса является наличие в составе комплекса двух каналов преобразования (для обеспечения заряда и для обеспечения разряда аккумуляторных батарей) с трансформатором специального исполнения, имеющим две вторичные обмотки.

Наиболее близким по исполнению аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является преобразователь напряжения для передачи электроэнергии между сетями переменного и постоянного тока (Патент РФ на изобретение №2343615 «РЕВЕРСИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ МЕЖДУ СЕТЯМИ ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА», МПК 2006.01: H02J 9/06, патентообладатель: Закрытое акционерное общество «ИРИС»).

Реверсивный преобразователь напряжения включает первую и вторую группы потребителей напряжения постоянного тока, соединенные последовательно сеть напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока, первый датчик тока, первый фильтр, первый инвертор-выпрямитель, второй фильтр, второй инвертор-выпрямитель, трансформатор, третий инвертор-выпрямитель, блок защиты, третий фильтр, второй датчик тока, сеть напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей; первый и второй датчики напряжения, аналого-цифровой преобразователь, первый, второй и третий блоки драйверов силовых ключей, источник бесперебойного питания с аккумуляторной батареей, микроконтроллер с оперативным запоминающим устройством, модуль дискретного ввода-вывода, часы реального времени, энергонезависимое запоминающее устройство, адаптер информационной шины, шину информационного обмена, внешнюю систему управления, панель индикации и управления. К первому входу аналого-цифрового преобразователя подключен информационный выход первого датчика тока, ко второму входу через первый датчик напряжения подключен вход-выход сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством, ко второму входу микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством подключены часы реального времени, к третьему входу подключено энергонезависимое запоминающее устройство, к первому входу-выходу микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством через модуль дискретного ввода-вывода подключена панель индикации и управления, ко второму входу-выходу через адаптер информационной шины и шину информационного обмена подключена внешняя система управления, первый выход микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством через первый блок драйверов силовых ключей подключен к управляющему входу первого инвертора-выпрямителя, первая группа потребителей напряжения постоянного тока подключена к выходу второго фильтра, вторая группа потребителей напряжения постоянного тока подключена к выходу сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей, к третьему входу аналого-цифрового преобразователя подключен информационный выход второго датчика тока, к четвертому входу через второй датчик напряжения подключен вход-выход сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей, второй выход микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством через второй блок драйверов силовых ключей подключен к управляющему входу второго инвертора-выпрямителя, третий выход через третий блок драйверов силовых ключей подключен к управляющему входу третьего инвертора-выпрямителя, выход сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока подключен ко входу источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей, выход источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей подключен к соответствующим входам электропитания микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством аналого-цифрового преобразователя, первого, второго и третьего блока драйверов силовых ключей, модуля дискретного ввода-вывода, панели индикации и управления и адаптера информационной шины.

Основным недостатком реверсивного преобразователя напряжения по прототипу является недостаточная рекуперация запасенной в аккумуляторной батарее электроэнергии в сеть электропитания переменного тока в связи с тем, что в процессе разряда аккумуляторной батареи на ее выходе происходит уменьшение значения напряжения. Причем, при уменьшении выходного напряжения аккумуляторной батареи до определенного уровня канал реверсивного преобразования: аккумуляторная батарея - третий инвертор-выпрямитель (в данном случае, работает в качестве управляемого инвертора) - трансформатор - второй инвертор-выпрямитель (в данном случае, работает в качестве неуправляемого выпрямителя) - первый инвертор-выпрямитель (в данном случае, работает в качестве управляемого инвертора) - сеть напряжения переменного тока, уже не способен обеспечить, требуемое для нормальной работы потребителей, значение напряжения в сети переменного тока (например, минимально допустимое значение напряжения: 380 В - 10%). Вследствие этого дальнейший процесс рекуперации электроэнергии становится нецелесообразным и необходимо его завершение. То есть, в реверсивном преобразователе напряжения не обеспечена возможность рекуперации в полном объеме всей энергии, запасенной в аккумуляторной батарее, что уменьшает значение времени электропитания потребителей напряжения переменного тока при аварии в сети напряжения переменного тока, а также не позволяет выполнить полный тренировочный разряд (актуальный для формовочных циклов заряда-разряда) аккумуляторной батареи.

Кроме этого, реверсивный преобразователь напряжения имеет возможность получать электропитание только от одной сети переменного тока.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей предлагаемого устройства и связанное с этим решение задач:

- обеспечение максимальной экономии электроэнергии в сети напряжения переменного тока (восполнение электроэнергии для питания потребителей, подключенных к этой сети) за счет рекуперации в полном объеме всей химической энергии, накопленной в аккумуляторной батарее, при выполнении многократных циклов заряда-разряда аккумуляторной батареи;

- обеспечение максимально возможного времени работы потребителей напряжения переменного тока от аккумуляторной батареи в случае аварии в сети напряжения переменного тока;

- обеспечение эффективного тренировочного процесса вплоть до полного разряда аккумуляторной батареи;

- повышение надежности обеспечением возможности работы устройства от двух сетей электропитания переменного тока.

Поставленная цель достигается тем, что в зарядно-разрядное устройство с рекуперацией электроэнергии в корабельную сеть, состоящее из первой сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока, соединенных последовательно первого датчика тока, первого фильтра, первого инвертора-выпрямителя и второго фильтра; второго инвертора-выпрямителя, трансформатора, соединенных последовательно третьего инвертора-выпрямителя, блока защиты, третьего фильтра, второго датчика тока, сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей и группы потребителей напряжения постоянного тока; первого и второго датчика напряжения, аналого-цифрового преобразователя, к первому входу которого подключен информационный выход первого датчика тока, ко второму входу - через первый датчик напряжения второй вход-выход первого датчика тока, к пятому входу - информационный выход второго датчика тока, к шестому входу - через второй датчик напряжения второй вход-выход второго датчика тока; первого, второго и третьего блока драйверов силовых ключей, источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей, микроконтроллера, первый выход которого через первый блок драйверов силовых ключей подключен к управляющему входу первого инвертора-выпрямителя, второй выход - ко второму блоку драйверов силовых ключей, третий выход - через третий блок драйверов силовых ключей подключен к управляющему входу третьего инвертора-выпрямителя, к входу микроконтроллера подключен выход аналого-цифрового преобразователя; выход источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей подключен к соответствующим входам электропитания микроконтроллера, аналого-цифрового преобразователя, первого, второго и третьего блока драйверов силовых ключей, введены вторая сеть напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока, первый и второй автоматические выключатели, третий и четвертый датчики тока, причем, второй инвертор-выпрямитель включает первый, второй, третий и четвертый IGBT-ключи; вход-выход первой сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока через первый автоматический выключатель, вход-выход второй сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока через второй автоматический выключатель соединены с первым входом-выходом первого датчика тока и входом источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей; первый вход-выход второго фильтра подключен к первым входам-выходам первого и третьего IGBT-ключа, являющимися одновременно первым входом-выходом второго инвертора-выпрямителя, второй вход-выход второго фильтра подключен ко вторым входам-выходам второго и четвертого IGBT-ключа, являющимися одновременно вторым входом-выходом второго инвертора-выпрямителя, второй вход-выход первого IGBT-ключа соединен с первым входом-выходом второго IGBT-ключа, являющимися одновременно третьим входом-выходом второго инвертора-выпрямителя, второй вход-выход второго IGBT-ключа соединен с первым входом-выходом четвертого IGBT-ключа, являющимися одновременно четвертым входом-выходом второго инвертора-выпрямителя, третий вход-выход второго инвертора-выпрямителя подключен к первому входу-выходу трансформатора, четвертый вход-выход - через третий датчик тока ко второму входу-выходу трансформатора, третий вход-выход трансформатора подключен к первому входу-выходу третьего инвертора-выпрямителя, четвертый вход-выход - через четвертый датчик тока ко второму входу-выходу третьего инвертора-выпрямителя, первый выход второго блока драйверов силовых ключей подключен к управляющему входу первого IGBT-ключа, второй выход - к управляющему входу второго IGBT-ключа, третий выход - к управляющему входу третьего IGBT-ключа, четвертый выход - к управляющему входу четвертого IGBT-ключа, к третьему входу аналого-цифрового преобразователя подключен информационный выход третьего датчика тока, к четвертому входу - информационный выход четвертого датчика тока.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом зарядно-разрядном устройстве рекуперация электроэнергии в сеть при выполнении циклов заряда-разряда аккумуляторной батареи выполняется за счет более глубокого разряда в более полном объеме всей химической энергии, накопленной в аккумуляторной батарее, что позволяет не только значительно увеличить количество энергии, возвращаемой в сеть, но и значительно увеличить время работы потребителей напряжения переменного тока от аккумуляторной батареи в случае аварии в сети напряжения переменного тока.

Кроме этого, при исчезновении питающего напряжения с помощью источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей обеспечивается бесперебойность электропитания потребителей напряжения постоянного и переменного тока, а при восстановлении напряжения в сети переменного тока автоматически обеспечивается возврат зарядно-разрядного устройства к режиму заряда аккумуляторной батареи.

Согласно чертежу зарядно-разрядное устройство с рекуперацией энергии в корабельную сеть электропитания включает первую 1 и вторую 24 сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока, первый 2 и второй 19 автоматические выключатели, первый 3, второй 17, третий 21 и четвертый 22 датчики тока, первый 4, второй 6 и третий 13 фильтр, первый 5, второй 7, третий 16 инвертор-выпрямитель, причем, второй инвертор-выпрямитель 7 включает первый 8, второй 10, третий 9 и четвертый 11 IGBT-ключи; блок защиты 12, группу потребителей напряжения постоянного тока 14, трансформатор 15, сеть напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей 18, первый 20 и второй 23 датчик напряжения, первый 25, второй 26 и третий 28 блок драйверов силовых ключей, аналого-цифровой преобразователь 27, источник бесперебойного питания с аккумуляторной батареей 29 и микроконтроллер 30.

Сеть напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока 1, первый датчика тока 3, первый фильтр 4, первый инвертор-выпрямитель 5 и второй фильтр 6 - соединены последовательно.

Третий инвертор-выпрямитель 16, блок защиты 12, третий фильтр 13, второй датчик тока 17, сеть напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей 18 и группа потребителей напряжения постоянного тока 14 - соединены последовательно.

Вход-выход второй сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока 24 через второй автоматический выключатель 19 соединен с первым входом-выходом первого датчика тока 3 и входом источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей 29, выход которого подключен к соответствующим входам электропитания микроконтроллера 30, аналого-цифрового преобразователя 27, первого 25, второго 26 и третьего 28 блока драйверов силовых ключей.

Первый вход-выход второго фильтра 6 подключен к первым входам-выходам первого 8 и третьего 9 IGBT-ключа, являющимися одновременно первым входом-выходом второго инвертора-выпрямителя 7, второй вход-выход второго фильтра 6 подключен ко вторым входам-выходам второго 10 и четвертого 11 IGBT-ключа, являющимися одновременно вторым входом-выходом второго инвертора-выпрямителя 7, второй вход-выход первого IGBT-ключа 8 соединен с первым входом-выходом второго IGBT-ключа 10, являющимися одновременно третьим входом-выходом второго инвертора-выпрямителя 7, второй вход-выход второго IGBT-ключа 9 соединен с первым входом-выходом четвертого IGBT-ключа 11, являющимися одновременно четвертым входом-выходом второго инвертора-выпрямителя 7, третий вход-выход второго инвертора-выпрямителя 7 подключен к первому входу-выходу трансформатора 15, четвертый вход-выход - через третий датчик тока 21 ко второму входу-выходу трансформатора 15, третий вход-выход трансформатора 15 подключен к первому входу-выходу третьего инвертора-выпрямителя 16, четвертый вход-выход - через четвертый датчик тока 22 ко второму входу-выходу третьего инвертора-выпрямителя 16.

Первый выход микроконтроллера 30 через первый блок драйверов силовых ключей 25 подключен к управляющему входу первого инвертора-выпрямителя 5, второй выход - ко второму блоку драйверов силовых ключей 26, третий выход - через третий блок драйверов силовых ключей 28 подключен к управляющему входу третьего инвертора-выпрямителя 16, к входу микроконтроллера 30 подключен выход аналого-цифрового преобразователя 27. Первый выход второго блока драйверов силовых ключей 26 подключен к управляющему входу первого IGBT-ключа 8, второй выход - к управляющему входу второго IGBT-ключа 10, третий выход - к управляющему входу третьего IGBT-ключа 9, четвертый выход - к управляющему входу четвертого IGBT-ключа 11.

К первому входу аналого-цифрового преобразователя 27 подключен информационный выход первого датчика тока 3, ко второму входу - через первый датчик напряжения 20 второй вход-выход первого датчика тока 3, к третьему входу - информационный выход третьего датчика тока 21, к четвертому входу - информационный выход четвертого датчика тока 22, к пятому входу - информационный выход второго датчика тока 17, к шестому входу - через второй датчик напряжения 23 второй вход-выход второго датчика тока 17.

Предлагаемое зарядно-разрядное устройство работает следующим образом.

При подаче питающего напряжения из первой 1 и второй 24 сети напряжения переменного тока получает электропитание группа потребителей напряжения переменного тока, подключенных к этой сети.

После выбора сети, от которой предполагается выполнить заряд аккумуляторной батареи сети напряжения постоянного тока 18, включается первый 2 или второй 19 автоматический выключатель, в результате чего поступает питание на первый вход-выход первого датчика тока 3 и источник бесперебойного питания с аккумуляторной батареей 29.

Питающее напряжение от первой 1 (или второй 24) сети напряжения переменного тока, проходя через первый датчик тока 3 и первый фильтр 4, поступает на первый инвертор-выпрямитель 5, который, в данном случае, работает как неуправляемый выпрямитель напряжения переменного тока в постоянный и далее поступает на второй фильтр 6. Выпрямленное и сглаженное напряжение постоянного тока с входов-выходов второго фильтра 6 поступает на входы-выходы второго инвертора-выпрямителя 7.

Источник бесперебойного питания с аккумуляторной батареей 29 формирует необходимое напряжение для электропитания микроконтроллера 30, аналого-цифрового преобразователя 27, первого 25, второго 26 и третьего 27 блока драйверов силовых ключей.

После получения электропитания, в микроконтроллере 30 запускается управляющая программа, обеспечивающая нормальный или ускоренный заряд аккумуляторной батареи сети напряжения постоянного тока 18. При этом, микроконтроллер 30 с помощью первого 20 и второго 23 датчика напряжения и аналого-цифрового преобразователя 27 определяет значения напряжений в сети напряжения переменного тока 1 и в сети напряжения постоянного тока 18 и использует эти сведения для формирования управляющих воздействий через второй блок драйверов силовых ключей 26 на первый 8, второй 10, третий 9 и четвертый 11 IGBT-ключи второго инвертора-выпрямителя 7, который в данном случае работает как управляемый инвертор напряжения постоянного тока в переменный. Напряжение переменного тока, сформированное вторым инвертором-выпрямителем 7, поступает на трансформатор 15, с помощью которого осуществляется гальваническая развязка сети напряжения переменного тока 1 от сети напряжения постоянного тока 18 и необходимая трансформация (понижение или повышение значения напряжения переменного тока). Далее, полученное напряжение переменного тока поступает на третий инвертор-выпрямитель 16, который, в данном случае, работает как неуправляемый выпрямитель напряжения переменного тока в постоянный, и затем через блок защиты 12, третий фильтр 13 и второй датчик тока 17 в сеть напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей 18. При этом, от сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей 18 получает электропитание группа потребителей напряжения постоянного тока 14.

После окончания заряда аккумуляторной батареи, микроконтроллер 30 переводит зарядно-разрядное устройство в режим разряда, при котором энергия, накопленная в аккумуляторной батарее сети напряжения постоянного тока 18, возвращается через второй датчик тока 17, третий фильтр 13 и блок защиты 12 к третьему инвертору-выпрямителю 16. Блок защиты 12 предназначен для защиты силовых цепей зарядно-разрядного устройства от импульсных коммутационных перенапряжений и поддержания непрерывности разрядного тока аккумуляторной батареи сети напряжения постоянного тока 18 в режиме передачи энергии в сеть напряжения переменного тока 1.

Третий инвертор-выпрямитель 16 под управлением микроконтроллера 30 с помощью третьего блока драйверов силовых ключей 28 производит преобразование напряжения постоянного тока в переменный, то есть, в данном случае, третий инвертор-выпрямитель 16 работает как управляемый инвертор напряжения постоянного тока в переменный. Далее напряжение переменного тока трансформируется в трансформаторе 15 и поступает на второй инвертор-выпрямитель 7.

В режиме рекуперации энергии второй инвертор-выпрямитель 7 работают следующим образом.

Первый 8 и третий 9 IGBT-ключи второго инвертора-выпрямителя 7 не управляются микроконтроллером 30 и отключены. Второй 10 и четвертый 11 IGBT-ключи второго инвертора-выпрямителя 7 в повторно-кратковременном режиме включаются и накоротко замыкают первичную обмотку трансформатора 15 по цепи: первый вход-выход трансформатора 15 - второй IGBT-ключ 10 - четвертый IGBT-ключ 11 - третий датчик тока 21 - второй вход-выход трансформатора 15 до достижения максимально допустимого тока в первичной (первый и второй входы-выходы трансформатора 15) и вторичной (третий и четвертый входы-выходы трансформатора 15) обмотках трансформатора 15, контролируемого микроконтроллера 30 с помощью третьего 21 и четвертого 22 датчиков тока. В результате работы в данном (повторно-кратковременном) режиме, в трансформаторе 15 накапливается энергия, на 50…70%, превышающая номинальное значение энергии, имеющейся в трансформаторе 15 при обычном режиме работы (например, в процессе заряда аккумуляторной батареи). Далее, микроконтроллер 30 прекращает управление вторым 10 и четвертым 11 IGBT-ключем, и они отключаются, а второй инвертор-выпрямитель 7 начинает работать как мостовой неуправляемый выпрямитель. Через определенное время, микроконтроллер 30, контролируя состояние канала рекуперации с помощью датчиков, снова запускает повторно-кратковременный режим замыкания первичной обмотки трансформатора 15, а затем снова снимает и т.д.

Напряжение постоянного тока, формируемое вторым инвертором-выпрямителем 7 после второго фильтра 6 поступает на первый инвертор-выпрямитель 5, который под управлением микроконтроллера 30 с помощью первого блока драйверов силовых ключей 25 производит преобразование напряжения постоянного тока в переменный, то есть, в данном случае, первый инвертор-выпрямитель 5 работает как управляемый инвертор напряжения постоянного тока в переменный. При этом микроконтроллер 30 с помощью первого датчика напряжения 20 и аналого-цифрового преобразователя 27 может осуществить синхронизацию по частоте, фазе и амплитуде напряжения, формируемого первым инвертором-выпрямителем 5, и напряжения сети переменного тока 1, а также регулирование значения мощности, передаваемой от аккумуляторной батареи сети напряжения постоянного тока 18 в сеть напряжения переменного тока 1.

При реализации тренировочного заряда-разряда аккумуляторной батареи (при формовании пластин аккумуляторной батареи) переключение режимов заряда и.разряда производится микроконтроллером 30 автоматически. Таким образом, в зарядно-разрядном устройстве обеспечивается экономия электрической энергии в сети переменного тока (восполнение электрической энергии для питания потребителей сети переменного тока) в режиме рекуперации энергии, накопленной в аккумуляторной батарее, вместо ее безвозвратной потери (например, на тепловое рассеяние на разрядном блоке резисторов).

Кроме этого, при исчезновении питающего напряжения в сети напряжения переменного тока 1, микроконтроллер 30 определенное время еще имеет возможность (с помощью источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей 29) сохранить управление зарядно-разрядным устройством. В этом случае, микроконтроллер 30 производит автоматическое переключение первого 5, второго 7 и третьего 16 инвертора-выпрямителя в режимы, обеспечивающий рекуперацию энергии и передачу ее от аккумуляторной батареи сети напряжения постоянного тока 18 в сеть напряжения переменного тока 1, сохраняя бесперебойность электропитания не только группы потребителей напряжения постоянного тока 14, но и группы потребителей напряжения переменного тока в сети напряжения переменного тока 1. Причем, обеспечивается максимально возможное время бесперебойного электропитания потребителей, так зарядно-разрядное устройство, в этом случае, позволяет выполнить достаточно глубокий разряд аккумуляторной батареи.

При восстановлении напряжения в сети переменного тока 1, микроконтроллер 30 имеет возможность осуществить возврат зарядно-разрядного устройства к режиму заряда аккумуляторной батареи сети напряжения постоянного тока 18.

Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемое зарядно-разрядное устройство может быть изготовлено в соответствии с приведенным описанием и чертежом на базе известных комплектующих изделий и технологического оборудования и использовано для автоматического заряда-разряда аккумуляторных батарей и бесперебойного электропитания ответственных потребителей на объектах различного назначения.

Предлагаемые технические решения практически реализованы в опытном образце «Малогабаритное зарядно-разрядное устройство», предназначенном для автоматического оптимального заряда-разряда корабельных аккумуляторных батарей и бесперебойного электроснабжения потребителей постоянного тока напряжением 27В и 220В и трехфазного переменного тока с частотой 50 Гц напряжением 380/220В глубоководных водолазных комплексов и спасательных глубоководных аппаратов.

Таким образом, предлагаемое зарядно-разрядное устройство обладает более широкими функциональными возможностями, обеспечивая максимальную экономию электроэнергии в сети напряжения переменного тока за счет рекуперации электроэнергии в полном объеме всей химической энергии, накопленной в аккумуляторной батарее при выполнении циклов заряда-разряда аккумуляторной батареи, а также обеспечивая максимально возможное время работы потребителей напряжения переменного тока от аккумуляторной батареи в случае аварии в сети напряжения переменного тока.

На основании вышеизложенного и по результатам проведенного нами патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемое корабельное зарядно-разрядное устройство отвечает критериям «Промышленная применимость», «Новизна» и «Изобретательский уровень» и может быть защищено патентом Российской Федерации на изобретение.

Зарядно-разрядное устройство с рекуперацией электроэнергии в корабельную сеть, состоящее из первой сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока, соединенных последовательно первого датчика тока, первого фильтра, первого инвертора-выпрямителя и второго фильтра; второго инвертора-выпрямителя, трансформатора, соединенных последовательно третьего инвертора-выпрямителя, блока защиты, третьего фильтра, второго датчика тока, сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей и группы потребителей напряжения постоянного тока; первого и второго датчика напряжения, аналого-цифрового преобразователя, к первому входу которого подключен информационный выход первого датчика тока, ко второму входу - через первый датчик напряжения второй вход-выход первого датчика тока, к пятому входу - информационный выход второго датчика тока, к шестому входу - через второй датчик напряжения второй вход-выход второго датчика тока; первого, второго и третьего блока драйверов силовых ключей, источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей, микроконтроллера, первый выход которого через первый блок драйверов силовых ключей подключен к управляющему входу первого инвертора-выпрямителя, второй выход - ко второму блоку драйверов силовых ключей, третий выход - через третий блок драйверов силовых ключей подключен к управляющему входу третьего инвертора-выпрямителя, к входу микроконтроллера подключен выход аналого-цифрового преобразователя; выход источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей подключен к соответствующим входам электропитания микроконтроллера, аналого-цифрового преобразователя, первого, второго и третьего блока драйверов силовых ключей, отличающееся тем, что в него введены вторая сеть напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока, первый и второй автоматические выключатели, третий и четвертый датчики тока, причем второй инвертор-выпрямитель включает первый, второй, третий и четвертый IGBT-ключи; вход-выход первой сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока через первый автоматический выключатель, вход-выход второй сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока через второй автоматический выключатель соединены с первым входом-выходом первого датчика тока и входом источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей; первый вход-выход второго фильтра подключен к первым входам-выходам первого и третьего IGBT-ключа, являющимися одновременно первым входом-выходом второго инвертора-выпрямителя, второй вход-выход второго фильтра подключен ко вторым входам-выходам второго и четвертого IGBT-ключа, являющимися одновременно вторым входом-выходом второго инвертора-выпрямителя, второй вход-выход первого IGBT-ключа соединен с первым входом-выходом второго IGBT-ключа, являющимися одновременно третьим входом-выходом второго инвертора-выпрямителя, второй вход-выход второго IGBT-ключа соединен с первым входом-выходом четвертого IGBT-ключа, являющимися одновременно четвертым входом-выходом второго инвертора-выпрямителя, третий вход-выход второго инвертора-выпрямителя подключен к первому входу-выходу трансформатора, четвертый вход-выход - через третий датчик тока ко второму входу-выходу трансформатора, третий вход-выход трансформатора подключен к первому входу-выходу третьего инвертора-выпрямителя, четвертый вход-выход - через четвертый датчик тока ко второму входу-выходу третьего инвертора-выпрямителя, первый выход второго блока драйверов силовых ключей подключен к управляющему входу первого IGBT-ключа, второй выход - к управляющему входу второго IGBT-ключа, третий выход - к управляющему входу третьего IGBT-ключа, четвертый выход - к управляющему входу четвертого IGBT-ключа, к третьему входу аналого-цифрового преобразователя подключен информационный выход третьего датчика тока, к четвертому входу - информационный выход четвертого датчика тока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при эксплуатации свинцовых стационарных аккумуляторов на различных объектах. Техническим результатом изобретения является создание ускоренного способа заряда без ухудшения характеристик.

Изобретение используется в области электротехники. Технический результат - снижение массогабаритных показателей, повышение надежности и расширение диапазона регулирования.

Способ зарядки автомобильного аккумулятора относится к области зарядки батарей от зарядного агрегата с неэлектрическим первичным источником и предназначен для зарядки автомобильного аккумулятора с использованием магнитного поля Земли в результате движения автомобиля.

Использование: в области электротехники. Технический результат - увеличение срока службы аккумуляторных батарей.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в народном хозяйстве для питания автономных объектов от батарейной системы, состоящей из последовательного соединения аккумуляторов (элементов).

Изобретение относится к области электротехники, а именно к области эксплуатации аккумуляторных батарей, и может быть использовано при производстве, введении в эксплуатацию, проведении плановых ремонтных и восстановительных работ с аккумуляторными батареями.

Изобретение относится к гнездовой конструкции для зарядки транспортного средства. .

Изобретение относится к преобразователям мощности с накоплением энергии. .

Изобретение относится к областям электротехники и энергетики и может быть использовано при создании и эксплуатации автономных систем электропитания, в которых солнечные батареи используются в качестве первичного источника энергии.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при проектировании автономных систем электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ). Технический результат заключается в повышении удельных характеристик автономной системы электропитания ИСЗ. Для этого заявленный способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли от солнечной батареи и комплекта из «n» вторичных источников электроэнергии - аккумуляторных батарей заключается в стабилизации напряжения на нагрузке, проведении заряда и разряда аккумуляторных батарей через индивидуальные зарядные и разрядные преобразователи, с использованием в разрядных преобразователях вольтодобавочных узлов, при этом вышеуказанные вольтодобавочные узлы разрядных преобразователей объединены в общий вольтодобавочный узел, при этом регулирующие ключи разрядных преобразователей установлены между соответствующей аккумуляторной батареей и общим вольтодобавочным узлом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к системам заряда источников питания (аккумуляторов) инструмента с электрическим приводом. Технический результат - повышение качества заряда источников питания. Система, оснащенная микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом, включает в себя микрокомпьютер, генератор опорного напряжения, блок сохранения опорных данных и первый блок определения. Микрокомпьютер включает в себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и, по меньшей мере, один аналого-цифровой порт (АЦ-порт). Генератор опорного напряжения генерирует и вводит в АЦ-порт опорное напряжение, имеющее заранее определенное значение. В блоке сохранения опорных данных заранее сохранены опорные данные, соответствующие опорному напряжению. Первый блок определения сравнивает диагностические данные, полученные путем АЦ-преобразования посредством АЦП опорного напряжения, подводимого к АЦ-порту, с опорными данными, чтобы в случае, когда разность между диагностическими данными и опорными данными выходит за пределы заранее определенного допустимого диапазона, определить, что возникло состояние АЦ-аномалии, в котором невозможно получить от АЦП правильный результат АЦ-преобразования. 5 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Электрический инструмент питается множеством батарейных источников питания, соединенных последовательно. Электрический инструмент содержит контроллер, приспособленный для приема сигналов, выдаваемых от интегральных схем, расположенных в каждом из батарейных источников питания. Между контроллером электрического инструмента и одной из интегральных схем батарейных источников питания расположена схема сдвига уровня напряжения, предназначенная для сдвига уровня напряжения сигнала, выдаваемого от соответствующей интегральной схемы к контроллеру инструмента, к допустимому уровню для контроллера. Технический результат заключается в обеспечении возможности функции автоостанова электрического инструмента за счет обеспечения связи между различными интегральными схемами батарейных источников питания и контроллером электрического инструмента. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Описаны системы и способы использования различных типов аккумуляторов для выборочного аккумулирования и отдачи энергии. Аккумуляторы выборочно аккумулируют энергию, вырабатываемую источником энергии, когда мощность источника превышает текущую потребность нагрузки в мощности, и отдают энергию, когда мощности источника недостаточно для обеспечения текущей потребности нагрузки в мощности. Технический результат - повышение эффективности использования источника энергии. 6 н. и 50 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к электрическим аккумуляторным инструментам. Технический результат - упрощение структуры электрического приводного инструмента. Электрический приводной инструмент включает в себя корпус инструмента и аккумуляторный источник питания. Модуль задания напряжения контактного вывода корпуса инструмента задает напряжение контактного вывода на стороне корпуса равным первому напряжению, когда команда на то, чтобы приводить в действие узел привода корпуса инструмента, выдана посредством переключателя корпуса инструмента. Модуль изменения напряжения аккумуляторного источника питания изменяет напряжение контактного вывода на стороне аккумулятора с первого напряжения на второе напряжение, когда подача электроэнергии из аккумуляторного источника питания в узел привода разрешена. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

Использование: в области электротехники и связи. Технический результат - повышение надежности и расширение функциональных возможностей. Универсальное зарядное устройство для подзарядки перезаряжаемых аккумуляторов содержит корпус, соединительный блок, образованный на указанном корпусе для приема перезаряжаемого аккумулятора, причем указанный соединительный блок содержит механизм крепления для крепления с возможностью отсоединения указанного перезаряжаемого аккумулятора к указанному корпусу и схему управления питанием, функционально интегрированную с указанным корпусом, причем указанная схема управления питанием выполнена с возможностью определения рабочих параметров и параметров зарядки указанного перезаряжаемого аккумулятора, прикрепленного к указанному механизму крепления, в котором указанная схема управления питанием управляет перезарядкой указанного аккумулятора в зависимости от указанных определенных рабочих параметров и параметров зарядки. 8 з.п. ф-лы, 23 ил.

Изобретение относится к электротехническим устройствам, в частности к приводным инструментам, питающимся от аккумуляторов. Технический результат - повышение эффективности зарядки аккумуляторов. Каждое из зарядного устройства для аккумуляторов и аккумуляторного источника питания имеет микрокомпьютер. Соответствующие микрокомпьютеры совместно выполняют обмен данными, в то время как аккумуляторный источник питания заряжается посредством зарядного устройства для аккумуляторов, и подтверждают рабочее состояние микрокомпьютера другой стороны в обмене данными (подтверждение взаимодействия) на основе результата обмена данными. Когда нарушение в работе одного из микрокомпьютеров обнаружено, другой микрокомпьютер выполняет предварительно определенный процесс для прекращения зарядки. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к электротехническим устройствам, используемым для заряда аккумуляторов. Технический результат - унификация зарядного устройства для обеспечения заряда аккумуляторов с различными напряжениями. Зарядное устройство, содержащее блок вывода зарядного напряжения; блок установки продолжительности включения; блок вывода сигнала PWM; блок генерации опорного напряжения; блок ограничения опорного напряжения; блок генерации обнаруженного напряжения; и блок управления зарядным напряжением. Блок генерации опорного напряжения генерирует опорное напряжение для определения, достигло ли зарядное напряжение целевого зарядного напряжения посредством сглаживания сигнала PWM, выводимого из блока вывода сигнала PWM. Блок ограничения опорного напряжения ограничивает, по меньшей мере, одно из максимального значения или минимального значения опорного напряжения, генерированного блоком генерации опорного напряжения. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании высоковольтных батарей электрических накопителей энергии для нужд транспорта и энергетики. Технический результат заключается в ускорении процессов выравнивания заряда в накопителях и повышении их кпд и сложности. Для этого в заявленном устройстве в блоки управления накопителями на нижнем уровне управления батареей помимо имеющегося трансформаторного канала активного селективного выравнивания введен второй дроссельный канал активного соседнего выравнивания, позволяющий осуществлять внутримодульное выравнивание заряда накопителей под управлением блоков нижнего и среднего уровня управления и одновременно проводить межмодульное выравнивание с помощью трансформаторного канала селективного выравнивания и накопительной магистрали под управлением блока управления батареей верхнего уровня управления. 1 ил.

Изобретение относится к аккумуляторной батарее, которая используется в качестве источника питания для переносных электрических инструментов. Техническим результатом является создание новой конструкции аккумуляторной батареи, которую легко извлечь из корпуса электрического инструмента. Указанный технический результат достигается тем, что корпус аккумуляторной батареи включает в себя участок для зацепления пальцем, входящий в зацепление с пальцем или пальцами оператора в направлении извлечения корпуса аккумуляторной батареи из электрического инструмента, блокировочное устройство, способное блокировать с возможностью высвобождения корпус аккумуляторной батареи относительно электрического инструмента и рабочий элемент для разблокировки блокировочного устройства. 8 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх