Система электроснабжения



Система электроснабжения
Система электроснабжения
Система электроснабжения

 


Владельцы патента RU 2513025:

Швед Андрей Александрович (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение эффективности использования конденсаторной батареи для усиления импульсной мощности электрической сети. Система содержит по меньшей мере один сегмент (1) электрической сети, конденсаторную батарею (2), по меньшей мере один преобразователь (3) напряжения, включенный между конденсаторной батареей (2) и сегментом (1) электрической сети, регулятор (4) с входом (5) и по меньшей мере одним выходом (6). Преобразователь (3) напряжения выполнен обратимым и имеет управляющий вход (7), связанный с выходом (6) регулятора (4), на вход (5) которого подано напряжение конденсаторной батареи (2), причем преобразователь (3) напряжения выполнен таким образом, что по сигналу на управляющем входе (7) может изменять параметры своей Вольт-Амперной характеристики на выводах со стороны сегмента (1) электрической сети, а регулятор (4) выполнен таким образом, чтобы поддерживать напряжение конденсаторной батареи (2) вблизи уставки в статическом режиме электрической сети, а при динамических возмущениях в электрической сети существенно не изменять сигнал на своем выходе (6). 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к автономным системам электроснабжения, и может быть использовано преимущественно на транспортных машинах.

Известна система электроснабжения транспортной машины, содержащая источники электрической энергии в виде генератора постоянного тока, аккумуляторных батарей, преобразователей тока и напряжения, а также электрическую сеть с распределительными щитками для подключения различных групп потребителей электрической энергии. Электрическая сеть может быть разделена на отдельные сегменты с различными уровнями напряжения и требованиями к качеству электроэнергии, например, для питания основных потребителей электроэнергии используется сегмент бортовой сети с номинальным напряжением 28 В, а для питания электростартера может использоваться сегмент бортовой сети с номинальным напряжением 48 В.

(См. Электрооборудование и автоматика бронетанковой техники. Часть 1. Под ред. А.С.Белоновского - М., Воениздат, 1972, стр.8, рис.2, стр.286, рис.9.10.(1)).

Недостатком указанной системы является невысокое качество электрической энергии, что проявляется в существенных (до двукратных по отношению к номиналу) выбросах и просадках напряжения бортовой сети, возникающих при ступенчатых изменениях нагрузки. Кроме того, данная система не обеспечивает достаточной мощности для питания электростартера при понижении температуры окружающей среды в связи с увеличением внутреннего сопротивления аккумуляторных батарей.

Известна также система электроснабжения, в состав которой входит обратимый импульсный преобразователь постоянных напряжений, содержащий источник питания постоянного тока в виде аккумуляторной батареи с последовательно соединенными элементными секциями, конденсаторы, подключенные параллельно секциям аккумуляторной батареи, обратимые полумостовые конверторы, состоящие каждый из дросселя и двух электронных ключей с диодной обратной проводимостью, схему управления с возможностью импульсной модуляции сигналов, подключенных к управляющим выводам электронных ключей, а также датчики напряжений.

(См. Патент на полезную модель РФ №109353 по кл. МПК-7: Н02М 3/07, заявл. 13.04.2011 г., опубл. 10.10.2011 г.«Обратимый импульсный преобразователь постоянных напряжений» (2)).

Данное решение обеспечивает выравнивание напряжений всех секций аккумуляторной батареи благодаря управляемому обмену электрической энергией между секциями и может быть использовано при создании систем электропитания транспортных средств с двумя и более уровнями питающих напряжений. Однако в нем отсутствуют элементы эффективного кратковременного поглощения избыточной энергии и восполнения недостающей энергии, что приводит к скачкообразному изменению питающего напряжения при воздействии импульсных нагрузок и снижает качество электрической энергии.

Известна также система электроснабжения, которая содержит электрический аккумулятор, связанный через клеммы и проводящую сеть с нагрузкой и параллельно подсоединенный к конденсатору большой емкости, который служит для кратковременного поглощения избыточной энергии и восполнения недостающей энергии при воздействии импульсных нагрузок.

(См. Свидетельство на полезную модель РФ №17579 по кл. МПК-7: F02P 3/06, H02J 7/34, заявл. 26.01.2001 г., опубл. 10.04.2001 г. «Источник питания» (3)).

Эффективность использования энергии конденсаторов большой емкости является существенным фактором, влияющим на характеристики системы электроснабжения в целом, так как стоимость и массогабаритные характеристики конденсаторов прямо пропорциональны количеству запасаемой в них энергии.

Одним из недостатков рассматриваемого решения является неэффективное использование энергетических возможностей конденсатора, например подавление импульсных возмущений напряжения электрической сети в пределах +- 5% от номинальной величины позволяет использовать энергетические возможности конденсатора не более чем на 20% (запасаемая конденсатором энергия пропорциональна квадрату напряжения).

Кроме того, данное решение ухудшает качество электроэнергии при кратковременном подключении нагрузки большой мощности в режиме, близком к короткому замыканию (например, при подключении электростартера). В таком режиме происходит быстрый разряд конденсатора большим током нагрузки и последующий медленный заряд, что ведет к длительной просадке напряжения электрической сети.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков и выбранной в качестве прототипа к заявляемому техническому решению является система электроснабжения, входящая в состав системы электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания и содержащая сегмент электрической сети, конденсаторную батарею и преобразователь напряжения, включенный между конденсаторной батареей и сегментом электрической сети. В описании данной системы сегмент электрической сети представлен в виде аккумуляторной батареи и коммутирующих устройств управления электростартерным пуском.

(См. авторское свидетельство РФ №1193288 по кл. МПК-4: F02N 11/08, заявл. 31.05.84 г., опубл. 23.11.85 г. «Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания» (4)).

Недостатком данной системы является невысокое качество электроэнергии, особенно при понижении температуры окружающей среды, и соответствующем увеличении внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи. Конденсаторная батарея используется недостаточно эффективно, так как в большинстве случаев не оказывает положительного влияния на качество электрической энергии - энергетические возможности конденсаторной батареи используются только для питания электрического стартера, не обеспечивается совместная работа конденсаторной и аккумуляторной батарей на общую нагрузку, не используются возможности конденсаторной батареи как элемента кратковременного поглощения избыточной электрической энергии, возникающей при сбросах нагрузки.

Задачей заявляемого изобретения является повышение качества электрической энергии, особенно в условиях низких температур.

Техническим результатом, позволяющим решить поставленную задачу, является повышение эффективности использования конденсаторной батареи для усиления импульсной мощности электрической сети. Указанный результат может быть выражен количественно через коэффициент эффективности КЭимп·tимп/WКБ, где Римп - импульсная мощность электрической сети при определенных требованиях к длительности tимп импульсной нагрузки и качеству электрической энергии, WКБ - максимально допустимая запасаемая энергия конденсаторной батареи.

Поставленная задача достигается тем, что в системе электроснабжения, содержащей по меньшей мере один сегмент электрической сети, конденсаторную батарею и по меньшей мере один преобразователь напряжения, включенный между конденсаторной батареей и сегментом электрической сети, согласно изобретению дополнительно введен регулятор с входом и по меньшей мере одним выходом, преобразователь напряжения выполнен обратимым и имеет управляющий вход, связанный с выходом регулятора, на вход которого подано напряжение конденсаторной батареи, причем преобразователь напряжения выполнен таким образом, что по сигналу на управляющем входе может изменять параметры своей Вольт-Амперной характеристики на выводах со стороны сегмента электрической сети, а регулятор выполнен таким образом, чтобы поддерживать напряжение конденсаторной батареи вблизи уставки в статическом режиме электрической сети, а при динамических возмущениях в электрической сети существенно не изменять сигнал на своем выходе.

Преобразователь напряжения может иметь Вольт-Амперную характеристику на выводах со стороны сегмента электрической сети, описываемую уравнением Un=U0-RnIn, где Un - выходное напряжение, In - выходной ток, U0, Rn - параметры Вольт-Амперной характеристики, при этом абсолютная величина выходного тока ограничена по максимуму в области положительных и отрицательных значений, а параметр U0 может изменяться в ограниченных пределах по сигналу на управляющем входе преобразователя напряжения.

Регулятор может содержать последовательно связанные измеритель рассогласования, фильтр нижних частот и по меньшей мере одно пропорциональное звено, выход которого является выходом регулятора, при этом вход измерителя рассогласования является входом регулятора, а уставка составляет 0,8-0,95 максимально допустимого напряжения конденсаторной батареи. Регулятор может быть выполнен в виде микропроцессорного устройства, при этом его элементы являются программными модулями, параметры которых могут изменяться в зависимости от режимов работы системы.

В одном из вариантов сегмент электрической сети может содержать минусовой провод и плюсовой провод, между которыми включены генератор постоянного тока, аккумуляторная батарея, потребители электроэнергии и электростартер. В другом варианте система электроснабжения может содержать по меньшей мере два сегмента электрической сети и по меньшей мере два преобразователя напряжения, включенных между конденсаторной батареей и сегментами электрической сети, которые имеют общий минусовой провод и раздельные плюсовые провода, при этом регулятор имеет два выхода, связанных с управляющими входами преобразователей напряжения, один сегмент электрической сети включает в себя генератор постоянного тока и потребителей электроэнергии, а другой - аккумуляторную батарею и электростартер, номинальное напряжение питания которого выше, чем у потребителей электроэнергии.

В систему электроснабжения могут входить дополнительный сегмент электрической сети и дополнительный преобразователь напряжения, включенный между конденсаторной батареей и дополнительным сегментом электрической сети, который содержит разъем внешнего питания, при этом регулятор имеет дополнительный выход, связанный с управляющим входом дополнительного преобразователя напряжения.

Каждый преобразователь напряжения может содержать полумостовой конвертор, состоящий из дросселя и двух электронных ключей с диодной обратной проводимостью, соединенных между собой последовательно-согласно и подключенных своим общим силовым выводом через дроссель к плюсовому проводу соответствующего сегмента электрической сети, а разнополярными силовыми выводами - к выводам конденсаторной батареи, один из которых соединен с минусовым проводом сегментов электрической сети, датчик тока дросселя и схему управления с возможностью импульсной модуляции сигналов управления электронными ключами, имеющую три входа, первый из которых является управляющим входом преобразователя напряжения, на второй подан сигнал датчика тока дросселя, а на третий - напряжение соответствующего сегмента электрической сети или конденсаторной батареи, которая выбрана так, что ее максимально допустимое напряжение превышает номинальное напряжение сегментов электрической сети по меньшей мере в два раза.

Заявляемая система электроснабжения может быть изготовлена на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли, так как для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование, широко выпускаемые промышленностью. Таким образом, она соответствует критерию «промышленная применимость».

Проведенные исследования по патентным и научно-техническим источникам информации свидетельствуют о том, что заявляемая система электроснабжения неизвестна из изученного уровня техники, при этом не подтверждена известность влияния ее отличительных признаков на технический результат, заключающийся в повышении эффективности использования конденсаторной батареи для усиления импульсной мощности электрической сети. Таким образом, заявляемая система соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Предлагаемая совокупность существенных признаков сообщает заявляемой системе электроснабжения новые свойства, позволяющие решить поставленную задачу, а именно повышение качества электрической энергии, особенно в условиях низких температур.

Выполнение преобразователя напряжения обратимым позволяет обеспечить рекуперативный обмен электрической энергией между конденсаторной батареей (КБ) и сегментом электрической сети, а при использовании в системе более чем одного сегмента - объединить энергетические ресурсы всех сегментов электрической сети за счет использования КБ в качестве единого энергообменного пункта. Возможность преобразователя напряжения изменять параметры своей Вольт-Амперной характеристики на выводах со стороны сегмента электрической сети по сигналу регулятора, на вход которого подано напряжение КБ, позволяет управлять процессом обмена электрической энергии в системе. Выполнение регулятора таким образом, что в статическом режиме электрической сети напряжение КБ поддерживается вблизи уставки, а при динамических возмущениях в электрической сети сигнал на выходе регулятора изменяется несущественно, позволяет, при определенных условиях, обеспечить инвариантность электрической сети к динамическим возмущениям. Таким образом, совокупность указанных признаков позволяет достичь технический результат, заключающийся в повышении эффективности использования КБ для усиления импульсной мощности электрической сети.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

Фиг.1 - вариант структурной схемы заявляемой системы с одним сегментом электрической сети;

Фиг.2 - вариант структурной схемы заявляемой системы с тремя сегментами электрической сети;

Фиг.3 - Вольт-Амперные характеристики преобразователя напряжения и аккумуляторной батареи (АБ).

Заявляемая система (Фиг.1) содержит по меньшей мере один сегмент 1 электрической сети, КБ 2, по меньшей мере один преобразователь 3 напряжения, регулятор 4 с входом 5 и по меньшей мере одним выходом 6. Преобразователь 3 напряжения имеет управляющий вход 7. Преобразователь 3 напряжения включен между КБ 2 и сегментом 1 электрической сети. Управляющий вход 7 преобразователя 3 напряжения связан с выходом 6 регулятора 4, на вход 5 которого подано напряжение КБ 2.

Регулятор 4 содержит измеритель 8 рассогласования, фильтр 9 нижних частот и по меньшей мере одно пропорциональное звено 10, соединенные последовательно. Выход пропорционального звена 10 является выходом 6 регулятора 4. Вход измерителя 8 рассогласования является входом 5 регулятора 4. Регулятор 4 может быть выполнен в виде микропроцессорного устройства.

Сегмент 1 электрической сети содержит минусовой провод 11 и плюсовой провод 12, а также генератор 13 постоянного тока, АБ 14, потребителей 15 электроэнергии и электростартер 16, включенные между минусовым проводом 11 и плюсовым проводом 12.

При выполнении заявляемой системы в варианте с тремя сегментами электрической сети (Фиг.2) она содержит сегменты 17, 18 и дополнительный сегмент 19 электрической сети, преобразователи 20, 21 и дополнительный преобразователь 22 напряжения. Сегменты 17, 18, 19 электрической сети имеют общий минусовой провод 11 и раздельные плюсовые провода 23, 24, 25. Сегмент 17 электрической сети включает в себя генератор 13 постоянного тока и потребителей 15 электроэнергии. Сегмент 18 электрической сети включает в себя АБ 14 и электростартер 16. Дополнительный сегмент 19 электрической сети содержит разъем 26 внешнего питания. Каждый преобразователь 20, 21, 22 напряжения включен между КБ 2 и соответствующим сегментом 17, 18, 19 электрической сети. Выходы 6 регулятора 4 связаны с управляющими входами 7 преобразователей 20, 21, 22 напряжения.

Каждый преобразователь 3, 20, 21, 22 напряжения содержит полумостовой конвертор (Фиг.1), состоящий из дросселя 27 и двух электронных ключей 28, 29 с диодной обратной проводимостью, датчик 30 тока дросселя и схему 31 управления с возможностью импульсной модуляции сигналов 32, 33 управления электронными ключами 28, 29. Электронные ключи 28, 29 соединены между собой последовательно-согласно и подключены своим общим силовым выводом через дроссель 27 к соответствующему плюсовому проводу 12, 23, 24, 25 сегмента электрической сети, а разнополярными силовыми выводами - к выводам КБ 2. Один вывод КБ 2 соединен с минусовым проводом 11 сегментов электрической сети. Один из входов схемы 31 управления является управляющим входом 7 соответствующего преобразователя 3, 20, 21, 22 напряжения, на второй подан сигнал датчика 30 тока дросселя, на третий - напряжение соответствующего сегмента 1, 17, 18, 19 электрической сети (как вариант, на третий вход схемы 31 управления может быть подано напряжение КБ 2). Каждый преобразователь 3, 20, 21, 22 напряжения может содержать помехоподавляющие конденсаторы 34, 35.

Для пояснения работы системы на Фиг.3 представлены Вольт-Амперные характеристики преобразователя 3 напряжения: Un=U0-RnIn и АБ 14: Ua=UH-RaIa.

Параметры Вольт-Амперных характеристик:

Un - выходное напряжение преобразователя напряжения;

In - выходной ток преобразователя напряжения;

U0 - напряжение холостого хода преобразователя напряжения;

Rn - наклон Вольт-Амперной характеристики преобразователя напряжения;

I max + - ограничение выходного тока In преобразователя напряжения в области положительных значений;

I max - ограничение выходного тока In преобразователя напряжения в области отрицательных значений;

Ua - выходное напряжение АБ;

Ia - выходной ток АБ;

UH - номинальное напряжение АБ;

Ra - внутреннее сопротивление АБ.

Параметр U0 может изменяться в ограниченных пределах по сигналу на управляющем входе преобразователя напряжения.

Одной из наиболее вероятных областей использования заявляемой системы электроснабжения является автомобильный транспорт. В этом случае элементы 2, 3, 4, 14 системы могут располагаться в блоке, именуемом далее «бустер» (усилитель импульсной мощности), и взаимозаменяемом со штатной АБ, по сравнению с которой габариты и емкость АБ 14 уменьшаются примерно вдвое, а на освободившемся месте размещаются КБ 2, преобразователь 3 напряжения и регулятор 4. В процессе сборки бустера КБ 2 предварительно заряжают до напряжения АБ 14, затем соединяют вышеперечисленные узлы в соответствии со схемой (Фиг.1). После сборки бустер будет иметь минусовой вывод 11 и плюсовой вывод 12, аналогичные клеммам штатной АБ.

Автомобильный вариант системы электроснабжения с одним сегментом электрической сети номинальным напряжением 14 В (Фиг.1) работает следующим образом.

В исходном состоянии генератор 13 постоянного тока, потребители 15 электроэнергии и электростартер 16 не работают. Если напряжение КБ 2 меньше уставки (при неработающем генераторе 13 уставка выбирается регулятором 4 равной 28 В, что составляет около 0,95 максимально допустимого напряжения КБ 2), на выходе измерителя 8 рассогласования появляется сигнал, который поступает на вход фильтра 9 нижних частот. Постоянная времени фильтра 9 нижних частот выбрана так, чтобы ее величина была сопоставима с максимально возможной длительностью импульсного воздействия наиболее мощной нагрузки (в данном примере - электростартера 16) и может составлять около 10 секунд. С выхода фильтра 9 нижних частот постепенно нарастающий сигнал через пропорциональное звено 10 поступает на управляющий вход 7 преобразователя 3 напряжения. По этому сигналу Вольт-Амперная характеристика (Фиг.3) преобразователя 3 напряжения «перемещается вниз», то есть напряжение Un падает. При этом напряжение U0 холостого хода преобразователя 3 напряжения становится ниже номинального напряжения UH АБ 14. Так как преобразователь 3 напряжения со стороны сегмента 1 электрической сети соединен с АБ 14 параллельно, между ними начинает протекать электрический ток и заряжать КБ 2 через преобразователь 3 напряжения. Напряжение КБ 2 растет - работает отрицательная обратная связь, в результате действия которой напряжение КБ 2 стабилизируется на уровне уставки - зарядный ток КБ 2 и, соответственно, выходной ток In преобразователя 3 напряжения становятся равны нулю, напряжение U0 равно напряжению UH и составляет около 12 В. Система находится в состоянии готовности к подключению нагрузки, в частности - электростартера.

В момент подключения нагрузки через нее начинает протекать ток In+Ia бустера, Вольт-Амперная характеристика которого имеет наклон RΣ=(Rn·Ra)/(Rn+Ra). To есть выходное сопротивление бустера существенно меньше, чем отдельно взятой АБ 14, и слабо зависит от температуры, так как преимущественно определяется параметром Rn. Таким образом, просадка напряжения в момент подключения нагрузки существенно уменьшается, что повышает качество электроэнергии и, в частности, обеспечивает эффективную работу электростартера 16. Это происходит за счет энергии, накопленной КБ 2. Емкость КБ 2 выбирается при проектировании системы так, чтобы переходные процессы в электрической сети, вызванные воздействием нагрузки, закончились раньше, чем напряжение КБ 2 выйдет за пределы рабочей области (станет выше максимально допустимого, либо уменьшится более чем вдвое).

После воздействия нагрузки с задержкой, определяемой постоянной времени фильтра 9 нижних частот, регулятор 4 начинает корректировать параметр U0, и напряжение КБ 2 постепенно достигает уставки, как это было описано выше. Если при этом генератор 13 работает, регулятор 4 (в варианте выполнения в виде микропроцессорного устройства) выбирает уставку на уровне около 0,8 максимально допустимого напряжения КБ 2 для того, чтобы напряжение КБ 2 находилось ближе к середине рабочей области.

В процессе работы генератора 13 возможны ступенчатые изменения нагрузки в электрической сети и соответствующие изменения тока якоря генератора 13, которые вызывают отклонения напряжения генератора 13 от установившегося значения, связанные с влиянием внутреннего электрического сопротивления и реакцией тока якоря генератора 13. Эти отклонения являются кратковременными, так как отрабатываются входящим в состав генератора 13 регулятором напряжения (на рисунках не показан). Бустер существенно подавляет амплитуду кратковременных отклонений напряжения генератора 13, что повышает качество электроэнергии. Степень подавления определяется выходным сопротивлением RΣ=(Rn·Ra)/(Rn+Ra) бустера. При Rn=0 указанные отклонения могут быть полностью устранены, но это потребует доработки генератора 13 для обеспечения корректной работы входящего в его состав регулятора напряжения. В описанном варианте системы Rn>0, что обеспечивает наличие сигнала обратной связи по напряжению генератора 13 без необходимости доработки генератора 13.

Во всех рассмотренных режимах работы системы обеспечивается формирование Вольт-Амперной характеристики Un=U0-RnIn преобразователя 3 напряжения следующим образом.

Через дроссель 27 (Фиг.1) протекает выходной ток In преобразователя 3 напряжения. Если периодический импульсный сигнал 32 подается от схемы 31 управления на электронный ключ 28, то КБ 2 разряжается, а выходной ток In положителен. Если периодический импульсный сигнал 33 подается от схемы 31 управления на электронный ключ 29, то КБ 2 заряжается, а выходной ток In отрицателен. Величина тока In определяется скважностью периодических импульсных сигналов 31, 32 и регулируется схемой 31 управления на основе сигнала отрицательной обратной связи, поступающего с датчика 30 тока дросселя на один из входов схемы 31 управления. Регулирование тока In производится в зависимости от сигналов Un, U0, поступающих на два других входа схемы 31 управления (как вариант, вместо сигнала Un может использоваться сигнал прямой связи по напряжению КБ 2). Кроме того, схема 31 управления ограничивает абсолютную величину тока In в целях защиты электронных ключей 28, 29 от перегрузки. Конденсаторы 34, 35 служат для подавления высокочастотных кондуктивных помех, обусловленных работой преобразователя 3 напряжения.

Другой вероятной областью использования заявляемой системы электроснабжения являются тяжелые транспортные машины, а именно - бронетанковая техника, трактора, большегрузные самосвалы. Системы электроснабжения таких машин характеризуются разнообразием и большой мощностью потребителей электроэнергии, в частности электростартера. В них, как правило, используется электрическая сеть номинальным напряжением 28 В, а для питания электростартера АБ могут переключаться на последовательное соединение с напряжением 48 В (см., например, систему электроснабжения (1)). Вариант построения заявляемой системы для тяжелых транспортных машин (Фиг.2) содержит три сегмента электрической сети:

- сегмент 17 с уровнем номинального напряжения 28 В;

- сегмент 18 с уровнем номинального напряжения 48 В;

- сегмент 19 с уровнем номинального напряжения от 6 до 12 В. Особенность данного варианта заключается в том, что АБ 14 и электростартер 16 находятся в отдельном сегменте 18 электрической сети. Это позволяет производить включение электростартера 16, избежав просадок напряжения в сегменте 17, так как при воздействии динамических возмущений преобразователи 20 и 21 напряжения работают независимо. Причем для питания электростартера выбирается АБ с номинальным напряжением 48 В и не требуется производить ее переключение на параллельное или последовательное соединение в процессе изменения режимов работы системы.

При неработающем генераторе 13 потребители 15 электроэнергии питаются от АБ 14 через преобразователи 20, 21.

В процессе работы генератора 13 от него питаются потребители 15 электроэнергии и производится позарядка АБ 14 через преобразователи 20, 21.

При недостаточной степени заряженности АБ 14 (особенно в условиях низких температур) и неработающем генераторе 13 питание потребителей 15 электроэнергии и электростартера 16 осуществляется через преобразователи 20, 21, 22 от резервного переносного малогабаритного аккумулятора (например, литий-ионного), подключаемого к разъему 26 внешнего питания.

Управление процессом обмена энергии в электрической сети осуществляется регулятором 4, который в статическом режиме электрической сети поддерживает напряжение КБ 2 на уровне уставки, а при динамических возмущениях напряжение в сегментах 17, 18, 19 электрической сети стабилизируется за счет совместной работы КБ 2 и соответствующих преобразователей 20, 21, 22 напряжения (см. выше описание аналогичной работы бустера для варианта системы, представленного на Фиг.1).

Дополнительным преимуществом заявляемой системы в варианте с тремя сегментами электрической сети является возможность в процессе работы генератора 13 произвольно изменять уровень напряжения в сегментах 18, 19 за счет того, что регулятор 4 (в варианте выполнения в виде микропроцессорного устройства) может программно добавлять сигнал смещения на выходах 6 пропорциональных звеньев 10. Это позволяет заряжать АБ током оптимальной величины, а также проводить их циклирование.

Заявляемая система обеспечивает высокую эффективность использования энергетических возможностей конденсаторной батареи для усиления импульсной мощности электрической сети. Во всех режимах работы заявляемой системы изменение напряжения конденсаторной батареи может происходить в рабочем окне от Umax/2 до Umax, что позволяет использовать ее энергетические возможности с коэффициентом эффективности КЭ≈0,65 в режиме электростартерного пуска, КЭ≈0,35 в остальных режимах работы системы. По сравнению с прототипом повышение эффективности достигается за счет использования конденсаторной батареи не только для электростартерного пуска, но и в остальных режимах работы системы, что позволяет решить задачу повышения качества электрической энергии.

1. Система электроснабжения, содержащая по меньшей мере один сегмент электрической сети, конденсаторную батарею и по меньшей мере один преобразователь напряжения, включенный между конденсаторной батареей и сегментом электрической сети, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен регулятор с входом и по меньшей мере одним выходом, преобразователь напряжения выполнен обратимым и имеет управляющий вход, связанный с выходом регулятора, на вход которого подано напряжение конденсаторной батареи, причем преобразователь напряжения выполнен таким образом, что по сигналу на управляющем входе может изменять параметры своей Вольт-Амперной характеристики на выводах со стороны сегмента электрической сети, а регулятор выполнен таким образом, чтобы поддерживать напряжение конденсаторной батареи вблизи уставки в статическом режиме электрической сети, а при динамических возмущениях в электрической сети существенно не изменять сигнал на своем выходе.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что преобразователь напряжения имеет Вольт-Амперную характеристику на выводах со стороны сегмента электрической сети, описываемую уравнением Un=U0-RnIn, где Un - выходное напряжение, In - выходной ток, U0, Rn - параметры Вольт-Амперной характеристики, причем абсолютная величина выходного тока ограничена по максимуму в области положительных и отрицательных значений, а параметр U0 может изменяться в ограниченных пределах по сигналу на управляющем входе преобразователя напряжения.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что регулятор содержит последовательно связанные измеритель рассогласования, фильтр нижних частот и по меньшей мере одно пропорциональное звено, выход которого является выходом регулятора, причем вход измерителя рассогласования является входом регулятора, а уставка составляет 0,8-0,95 максимально допустимого напряжения конденсаторной батареи.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что регулятор выполнен в виде микропроцессорного устройства, причем его элементы являются программными модулями, параметры которых могут изменяться в зависимости от режимов работы системы.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что сегмент электрической сети содержит минусовой провод и плюсовой провод, между которыми включены генератор постоянного тока, аккумуляторная батарея, потребители электроэнергии и электростартер.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере два сегмента электрической сети и по меньшей мере два преобразователя напряжения, включенных между конденсаторной батареей и сегментами электрической сети, которые имеют общий минусовой провод и раздельные плюсовые провода, причем регулятор имеет два выхода, связанных с управляющими входами преобразователей напряжения, один сегмент электрической сети включает в себя генератор постоянного тока и потребителей электроэнергии, а другой - аккумуляторную батарею и электростартер, номинальное напряжение питания которого выше, чем у потребителей электроэнергии.

7. Система по п.5 или 6, отличающаяся тем, что в нее входит дополнительный сегмент электрической сети и дополнительный преобразователь напряжения, включенный между конденсаторной батареей и дополнительным сегментом электрической сети, который содержит разъем внешнего питания, причем регулятор имеет дополнительный выход, связанный с управляющим входом дополнительного преобразователя напряжения.

8. Система по п.5 или 6, отличающаяся тем, что каждый преобразователь напряжения содержит полумостовой конвертор, состоящий из дросселя и двух электронных ключей с диодной обратной проводимостью, соединенных между собой последовательно-согласно и подключенных своим общим силовым выводом через дроссель к плюсовому проводу соответствующего сегмента электрической сети, а разнополярными силовыми выводами - к выводам конденсаторной батареи, один из которых соединен с минусовым проводом сегментов электрической сети, датчик тока дросселя и схему управления с возможностью импульсной модуляции сигналов управления электронными ключами, имеющую три входа, первый из которых является управляющим входом преобразователя напряжения, на второй подан сигнал датчика тока дросселя, а на третий - напряжение соответствующего сегмента электрической сети или конденсаторной батареи, которая выбрана так, что ее максимально допустимое напряжение превышает номинальное напряжение сегментов электрической сети по меньшей мере в два раза.



 

Похожие патенты:

Использование: в ирригационных системах для электроснабжения водозаборных скважин. Технический результат заключается в повышении надежности работы системы и сокращении сети кабельной разводки.

Использование: в области электротехники для питания трехфазного двигателя (4) с постоянными магнитами, в частности, для железнодорожного транспортного средства. Технический результат - надежность и безопасность.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в сетях постоянного тока на борту летательного аппарата и в любых типах бортовых сетей (морское судно, автомобиль и т.д.

Изобретение относится к системе тягового электроснабжения электрифицированного транспорта, содержащей тяговые подстанции постоянного тока, и может быть использовано на железнодорожном транспорте.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах распределения электроэнергии, например, в составе самолета, корабля или космического аппарата (КА).

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах распределения электроэнергии, например, в составе самолета, корабля или космического аппарата (КА).

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам тягового электроснабжения, и может быть использовано на действующих и вновь проектируемых участках железнодорожного и промышленного транспорта, а также метрополитенов.

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Устройство содержит входные и выходные шины и коммутационные элементы, которые выполнены в виде группы первичных, по числу каналов генерирования электроэнергии, обеспечивающие подключение их к шине питания согласно заданным условиям, и в виде группы вторичных по числу нагрузок, обеспечивающие их присоединение к шине питания в соответствии с информацией о порядке подключения, реализуемым во введенном устройстве управления, которое связано с помощью мультиплексной информационной шины со всеми коммутационными элементами, при этом коммутационный элемент на базе полупроводникового электронного ключа содержит датчики тока и напряжения, датчики параметров внешней среды, подключенные к микроконтроллеру, взаимодействующему через информационную мультиплексную шину с устройством управления, что позволяет выполнять диагностику и коммутацию каналов генерирования и потребления электроэнергии в соответствии с информацией о контрольных значениях токов, напряжений и параметров (например, температуры электронного ключа) внешней среды, хранящейся в памяти микроконтроллера. 2 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение риска повреждения высокотемпературной сверхпроводящей (ВТСП) кабельной линии, работающей в составе реверсивной передачи постоянного тока (ППТ), в случае выхода ВТСП кабеля из сверхпроводящего состояния. Оконечные преобразовательные подстанции (1) и (2) с системами управления (3) и (4) связаны двухпроводной сверхпроводящей кабельной линией (5). На ее концах установлены датчики (6) и (7) постоянного напряжения. В схему ППТ введен блок (8) сравнения их показаний и двунаправленные коммутаторы (9) и (10), включенные между концами линии (5) на подстанциях (1) и (2). Блок (8) подключен с гальванической развязкой входами - к выходам датчиков (6) и (7), а выходом - к входам систем управления (3) и (4) подстанций (1) и (2) и к управляющим входам двунаправленных коммутаторов (9) и (10). 1 ил.
Наверх