Модуль преобразования напряжения между высоковольтной электрической сетью летательного аппарата и элементом накопления энергии



Модуль преобразования напряжения между высоковольтной электрической сетью летательного аппарата и элементом накопления энергии
Модуль преобразования напряжения между высоковольтной электрической сетью летательного аппарата и элементом накопления энергии
Модуль преобразования напряжения между высоковольтной электрической сетью летательного аппарата и элементом накопления энергии
Модуль преобразования напряжения между высоковольтной электрической сетью летательного аппарата и элементом накопления энергии
Модуль преобразования напряжения между высоковольтной электрической сетью летательного аппарата и элементом накопления энергии
Модуль преобразования напряжения между высоковольтной электрической сетью летательного аппарата и элементом накопления энергии

 


Владельцы патента RU 2588009:

МЕССЬЕ-БУГАТТИ-ДАУТИ (FR)
САЖЕМ ДЕФАНС СЕКЮРИТЕ (FR)
ЛАБИНАЛЬ ПАУЭР СИСТЕМЗ (FR)

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение надежной зарядки и разрядки элемента накопления энергии. Модуль преобразования напряжения между высоковольтной электрической сетью постоянного тока летательного аппарата и по меньшей мере одним элементом накопления энергии выполнен с возможностью реверсивного осуществления преобразования между постоянным напряжением Е высоковольтной электрической сети летательного аппарата и постоянным напряжением Vs элемента накопления энергии летательного аппарата. Напряжение Vs является плавающим относительно напряжения Е и центрировано относительно массы самолета. При этом модуль содержит входной модуль, содержащий два фильтра, каждый из которых выполнен с возможностью принимать постоянное напряжение Е/2, первое плечо и второе плечо, содержащие переключатели, и средства управления упомянутыми переключателями. Средства управления работают циклично с периодом Т переключения и выполнены с возможностью управления по меньшей мере первым и вторым переключателями идентично, но со смещением на полпериода Т/2 таким образом, чтобы первый переключатель был разомкнут, когда второй переключатель замкнут, и наоборот. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники

Изобретение касается накопления энергии и, в частности, накопления энергии в летательных аппаратах.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время летательный аппарат, например, такой как самолет, содержит электрические системы, объединенные в электрические сети, для питания рабочих модулей самолета, например, таких как электрические приводы. Такие электрические приводы находятся, в частности, в механизмах управления полетом и в шасси. Главная электрическая сеть самолета работает, например, при 115/220 В переменного напряжения и переменного тока (AC), а резервная сеть работает, например, при постоянном напряжении, например, между 135 В (или 270 В) и -135 В (соответственно -270 В) на постоянном токе (DC), образуя, таким образом, высоковольтную сеть постоянного тока (HVDC).

В некоторых типах самолетов используют преобразователи для преобразования токов или напряжений с целью накопления энергии в элементах накопления энергии, таких как батареи, например, с напряжением [0-28 В].

Преобразователи из известных решений накопления энергии имеют ряд недостатков:

- эти преобразователи являются выделенными, то есть один преобразователь относится к одному рабочему модулю самолета, что занимает пространство и делает их несовместимыми с другими рабочими модулями самолета,

- эти преобразователи не позволяют работать на высоком напряжении,

- эти преобразователи не позволяют преобразовывать напряжения в другие напряжения, в частности, между напряжением вспомогательной сети самолета и элементом накопления,

- эти преобразователи не могут работать с высоковольтной сетью постоянного тока HVDC, которая может существовать на современных самолетах, так как она не является плавающей, то есть отрицательный потенциал преобразователя связан с массой, образованной самолетом, что увеличивает напряжения в общем режиме, генерируемые преобразователем, и не позволяет электрически изолировать элемент накопления энергии, утечки в котором могут сказаться на рабочих модулях самолета. Например, в случае короткого замыкания в преобразователе, в частности короткого замыкания транзистора, электрическая сеть и элемент накопления могут выйти из строя,

- эти преобразователи предлагают решения с гальванической изоляцией типа трансформатора, что отрицательно сказывается на массе и объеме для бортового оборудования,

- определение параметров размерности для этих преобразователей является сложным, что затрудняет их адаптацию к передаваемой мощности,

- потребности в энергии в летательном аппарате являются большими и точечными, так как они связаны с условиями применения, например, определяемыми механизмами управления полетом или шасси,

- эти преобразователи содержат большое число компонентов,

- эти преобразователи не обеспечивают возможности регулирования и контроля тока зарядки или разрядки элемента накопления энергии.

Краткое изложение сущности изобретения

Чтобы устранить часть недостатков известных решений, изобретением предлагается модуль преобразования между высоковольтной электрической сетью летательного аппарата, в частности высоковольтной сетью постоянного тока, и элементом накопления энергии упомянутого летательного аппарата, в частности, суперконденсатором. Модуль преобразования выполнен с возможностью реверсивного осуществления преобразования между постоянным напряжением Е высоковольтной электрической сети летательного аппарата и постоянным напряжением Vs элемента накопления энергии летательного аппарата, при этом напряжение Vs элемента накопления энергии летательного аппарата меньше и является плавающим относительно напряжения Е высоковольтной электрической сети летательного аппарата и центровано относительно массы самолета, при этом модуль содержит входной модуль, содержащий два фильтра, каждый из которых выполнен с возможностью принимать постоянное напряжение Е/2, первое плечо и второе плечо, содержащие переключатели, и средства управления упомянутыми переключателями, при этом средства управления работают циклично с периодом Т переключения и выполнены с возможностью управления по меньшей мере первым переключателем и по меньшей мере вторым переключателем идентично, но со смещением на полпериода Т/2 таким образом, чтобы первый переключатель был разомкнут, когда второй переключатель замкнут, и наоборот.

Это, в частности, позволяет:

- обеспечивать зарядку и разрядку элемента накопления;

- предупредить возможную потерю функции, избегая неконтролируемой зарядки и разрядки элемента накопления энергии, например, в высоковольтной электрической сети летательного аппарата,

- сделать высоковольтную электрическую сеть летательного аппарата плавающей. В частности, элемент накопления энергии не подвержен общему режиму, то есть разность потенциалов электродов элемента накопления энергии относительно потенциала, которым является масса самолета, является постоянной. Это позволяет изолировать элемент накопления энергии и, следовательно, избежать утечек энергии;

- обеспечивать накопление энергии, предполагающее энергетическую оптимизацию, например, за счет накопления энергии, поступающей от электрических приводов, чтобы отдавать ее позже этим же приводам или другим приводам;

- уменьшить количество электрических проводов в летательном аппарате за счет локализованного накопления энергии для питания каждого рабочего модуля летательного аппарата, избегая, таким образом, использования распределенных накопителей, выделенных, например, для каждого рабочего модуля самолета.

Потенциалы элемента накопления являются фиксированными и центрованы относительно массы самолета, что позволяет изолировать элемент накопления от высоковольтной электрической сети летательного аппарата, элементы которой тоже связаны с массой самолета.

Такой модуль имеет топологию многоуровневых взаимосвязанных неизолированных преобразователей с фиксированным выходным потенциалом.

Кроме того, такой модуль позволяет:

- использовать транзисторы, при этом транзисторы образуют переключатели модуля преобразования низкого напряжения,

- уменьшить размер входных фильтров, которые выполнены с возможностью принимать половину напряжения, например, за счет увеличения числа параллельных плеч, при этом одно плечо образовано двумя полумостами,

- уменьшить размер выходных фильтров,

- использовать компоненты с меньшим напряжением, способствующие оптимизации производительности, в частности, с лучшими характеристиками проводимости и переключения,

- уменьшить циклическое отношение и, следовательно, напряжение на контактах переключателей, в частности, на контактах транзисторов, образующих переключатели модуля преобразования. Например, если циклическое отношение поделить на два, напряжение, прикладываемое к контактам транзисторов, составляет половину постоянного напряжения Е, то есть Е/2,

- связать ячейки параллельно, поскольку меньшее число ячеек требует меньшего объема модуля преобразования, и большее число ячеек требует больше переключаемого тока, и, следовательно, оптимизировать размер и производительность модуля преобразования,

- в случае короткого замыкания компонента, например транзистора переключателя, защитить элемент накопления энергии и изолировать его от напряжения Е электрической сети. При этом нет необходимости в использовании защитного элемента, например, такого как твердотельный силовой контроллер (SSPC).

Согласно варианту изобретения, средства управления управляют переключателями (k1, k11, k44, k4, k3, k33, k22, k2), входной модуль содержит первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le1 и конденсатор С1, при этом катушка индуктивности Le1 и конденсатор С1 соединяются в точке потенциала VA, и третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le2 и конденсатор С2, при этом катушка индуктивности Le2 и конденсатор С2 соединяются в точке потенциала VB, при этом конденсатор С1 и конденсатор С2 соединяются в точке потенциала V0=0 В. Первое плечо содержит четыре переключателя (k1, k11, k44, k4) и две катушки индуктивности (Ls1, Ls11), при этом переключатель k1 находится между точкой потенциала VA и точкой потенциала V1, катушка индуктивности Ls1 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала VC, переключатель k11 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала V0, катушка индуктивности Ls11 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V4, переключатель k44 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V4, переключатель k4 находится между точкой потенциала V4 и точкой потенциала VB, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k1 и k4 разомкнутыми и переключатели k11 и k44 замкнутыми и наоборот, при этом напряжение VS измеряют между точками потенциала VC и V0. Второе плечо содержит четыре переключателя (k3, k33, k22, k2) и две катушки индуктивности (Ls2, Ls22), при этом переключатель k3 находится между точкой потенциала VA и точкой потенциала V3, катушка индуктивности Ls2 находится между точкой потенциала VC и точкой потенциала V3, переключатель k33 находится между точкой потенциала V3 и точкой потенциала V0, катушка индуктивности Ls22 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V2, переключатель k22 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V2, переключатель k2 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала VB, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k3 и k2 разомкнутыми и переключатели k33 и k22 замкнутыми и наоборот, при этом напряжение VS измеряют между точками потенциала VC и V0. Средства управления управляют одинаково, с одной стороны, переключателями k1 и k4 и одинаково, с другой стороны, переключателями k2 и k3, при этом переключатели k1 и k3 смещены на полпериода Т/2 таким образом, чтобы переключатели k1 и k4 были разомкнуты, когда переключатели k2 и k3 замкнуты, и наоборот.

Это, в частности, позволяет:

- получать напряжение изоляции, равное половине напряжения элемента или элементов накопления,

- уменьшить число инверторов наполовину, что позволяет, в частности, уменьшить нагрузку на компоненты, за счет чего увеличивается их срок службы и даже их КПД.

Согласно варианту изобретения, средства управления управляют переключателями (k1, k11, k22, k2), входной модуль содержит первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le1 и конденсатор С1, при этом катушка индуктивности Le1 и конденсатор С1 соединяются в точке потенциала VA, и третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le2 и конденсатор С2, при этом катушка индуктивности Le2 и конденсатор С2 соединяются в точке потенциала VB, при этом конденсатор С1 и конденсатор С2 соединяются в точке потенциала V0=0 В. Первое плечо содержит два переключателя (k1, k11) и катушку индуктивности Ls1, при этом переключатель k1 находится между точкой потенциала VA и точкой потенциала V1, катушка индуктивности Ls1 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала VC1, переключатель k11 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала V0, при этом напряжение VS измеряют между точками потенциала VC1 и V0, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатель k1 разомкнутым и переключатель k11 замкнутым и наоборот, при этом напряжение VS измеряют между точками потенциала VC1 и V0. Второе плечо содержит два переключателя (k22, k2) и катушку индуктивности Ls2, при этом переключатель k2 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала VB, катушка индуктивности Ls2 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала VC2, переключатель k22 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала V0, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатель k2 разомкнутым и переключатель k22 замкнутым и наоборот, при этом напряжение VS измеряют между точкой потенциала VC2 и точкой потенциала V0. Средства управления управляют переключателями k1 и k2 одинаково, но со смещением на полпериода Т/2 таким образом, чтобы переключатель k1 был разомкнут, когда переключатель k2 замкнут, и наоборот.

Согласно варианту изобретения, средства управления управляют переключателями (k1, k11, k44, k4, k3, k33, k22, k2), входной модуль содержит первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le1 и конденсатор С1, при этом катушка индуктивности Le1 и конденсатор С1 соединяются в точке потенциала VA, и третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le2 и конденсатор С2, при этом катушка индуктивности Le2 и конденсатор С2 соединяются в точке потенциала VB, при этом конденсаторы С1 и С2 соединяются в точке потенциала V0=0 В. Первое плечо содержит четыре переключателя (k1, k11, k44, k4) и две катушки индуктивности (Ls1, Ls11), при этом переключатель k1 находится между точкой потенциала VA и точкой потенциала V1, катушка индуктивности Ls1 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала VC1, переключатель k11 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала V0, катушка индуктивности Ls11 находится между точкой потенциала VC2 и точкой потенциала V4, переключатель k44 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V4, переключатель k4 находится между точкой потенциала V4 и точкой потенциала VB, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k1 и k4 разомкнутыми и переключатели k11 и k44 замкнутыми и наоборот, при этом напряжение VS измеряют между точкой потенциала VC1 и точкой потенциала V0, а также между точкой потенциала V0 и точкой потенциала VC2. Второе плечо содержит четыре переключателя (k3, k33, k22, k2) и две катушки индуктивности (Ls2, Ls22), при этом переключатель k3 находится между точкой потенциала VA и точкой потенциала V3, катушка индуктивности Ls2 находится между точкой потенциала V3 и точкой потенциала VC1, переключатель k33 находится между точкой потенциала V3 и точкой потенциала V0, катушка индуктивности Ls22 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала VC2, переключатель k22 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V2, переключатель k2 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала VB, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k3 и k2 разомкнутыми и переключатели k33 и k22 замкнутыми и наоборот, при этом напряжение VS измеряют между точкой потенциала VC1 и точкой потенциала V0, а также между точкой потенциала V0 и точкой потенциала VC2. Средства управления управляют одинаково, с одной стороны, переключателями k1 и k4 и одинаково, с другой стороны, переключателями k2 и k3, при этом переключатели k1 и k3 смещены на полпериода Т/2 таким образом, чтобы переключатели k1 и k4 были разомкнуты, когда переключатели k2 и k3 замкнуты, и наоборот.

Согласно варианту изобретения, Е=270 или 540 В и 60≤VS≤120 В.

Объектом изобретения является также система накопления.

Система накопления содержит описанный выше модуль преобразования и по меньшей мере один элемент накопления, подсоединенный между точками потенциала, соответствующими напряжению VS.

Согласно варианту изобретения, элемент накопления подсоединен между точками потенциала VC и V0.

Согласно варианту изобретения, первый элемент накопления подсоединен между точками потенциала VC1 и V0, и второй элемент накопления подсоединен между точками потенциала V0 и VC2.

Согласно варианту изобретения, элемент накопления является суперконденсатором.

Это позволяет получить, в частности, относительно легкий элемент накопления энергии с быстрым восстановлением энергии, например, по сравнению с аккумуляторной батареей. Это позволяет также получать более высокую плотность энергии и занимать меньше объема, чем при классическом электролитическом конденсаторе.

Согласно варианту изобретения, суперконденсатор конфигурирован с возможностью накопления энергии, когда на него подают входное напряжение VS, при 60≤VS≤120 В.

Согласно варианту изобретения, элемент накопления является аккумуляторной батареей.

Это позволяет получать высокую плотность энергии и, следовательно, обеспечивает большую автономию.

Согласно варианту изобретения, аккумуляторная батарея сконфигурирована с возможностью накопления энергии, когда на нее подают входное напряжение VS, при 60<VS<120 В.

Объектом изобретения является также способ преобразования напряжения.

Способ преобразования напряжения между высоковольтной электрической сетью летательного аппарата, в частности высоковольтной сетью постоянного тока, и по меньшей мере одним элементом накопления энергии упомянутого летательного аппарата, в частности суперконденсатором, содержит реверсивный этап преобразования между напряжением Е высоковольтной электрической сети летательного аппарата и напряжением VS элемента накопления энергии летательного аппарата, при этом упомянутое напряжение VS элемента накопления энергии летательного аппарата изолировано от напряжения Е высоковольтной электрической сети летательного аппарата и меньше напряжения Е высоковольтной электрической сети летательного аппарата.

Краткое описание чертежей

Далее следует более подробное описание варианта выполнения изобретения, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - электрическая система, включающая в себя высоковольтную электрическую сеть, модуль преобразования напряжения и элемент накопления.

Фиг.2 - электрическая система летательного аппарата, включающая в себя высоковольтную электрическую сеть, модуль преобразования напряжения и элемент накопления.

Фиг.3 - модуль преобразования напряжения, связанный с элементом накопления.

Фиг.4 - модуль преобразования напряжения, связанный с элементом накопления.

Фиг.5 - модуль преобразования напряжения, связанный с элементом накопления.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

На фиг.1 показана электрическая система, содержащая несколько модулей. Система включает в себя высоковольтную электрическую сеть 2 переменного напряжения, содержащую, например, трехфазный генератор, одна точка которого соединена с массой 3. Система содержит также модуль преобразования 4 (или преобразователь) переменного тока в постоянный ток (AC/DC), который позволяет преобразовывать переменное напряжение высоковольтной электрической сети 2 в постоянное напряжение высоковольтной сети (или шины) 5 постоянного тока. Система содержит также машину 8 переменного напряжения, например электрический двигатель, и преобразователь 6 постоянного тока в переменный ток (DC/AC), с которым соединена машина 8 переменного напряжения. Во время фаз восстановления энергии преобразователь 6 DC/AC позволяет преобразовывать переменное напряжение машины 8 в постоянный ток 5 высокого напряжения. Система содержит также модуль 10 преобразования напряжения, позволяющий преобразовывать напряжение высоковольтной сети 5 постоянного тока в напряжение суперконденсатора 20 накопления энергии летательного аппарата. Модуль 10 преобразования выполнен с возможностью реверсивного преобразования между постоянным напряжением Е высоковольтной сети 5 постоянного тока и постоянным напряжением VS суперконденсатора 20, при этом постоянное напряжение VS элемента накопления летательного аппарата является плавающим относительно постоянного напряжения Е высоковольтной сети 5 постоянного тока. Под «реверсивным» следует понимать, что модуль 10 преобразования выполнен с возможностью преобразования постоянного напряжения Е высоковольтной сети 5 постоянного тока в постоянное напряжение VS суперконденсатора 20 и, наоборот, постоянного напряжения VS суперконденсатора 20 в постоянное напряжение Е высоковольтной сети 5 постоянного тока.

На фиг.2 представлена электрическая система летательного аппарата, содержащая несколько модулей. Главная электрическая сеть 2 работает на переменном токе при переменных напряжениях 115/200 В. Выпрямитель 4 позволяет преобразовывать эти напряжения в постоянные напряжения вспомогательной или резервной сети 5-270 В постоянного тока (или высоковольтной сети 5 (или шины) постоянного тока). К электрическому двигателю 8а, работающему на переменном напряжении, подключен гидравлический насос 8b. Электрический двигатель 8а соединен с инвертором 6, который преобразует переменные напряжения в постоянные напряжения резервной сети 5-270 В постоянного тока. Система 30 накопления содержит модуль 10 преобразования (или преобразователь), соединенный, с одной стороны, двумя соединениями с одним или несколькими элементами 20 накопления энергии, такими как аккумуляторные батареи или суперконденсаторы, и, с другой стороны, двумя электрическими связями или соединениями соответственно с точками потенциалов +270 В и -270 В резервной сети 5 на 270 В постоянного тока.

На фиг.3-5 представлены три варианта выполнения модуля 10 преобразования. Такой модуль 10 преобразования между напряжениями Е и VS содержит:

- входной модуль, содержащий два входных фильтра, каждый из которых выполнен с возможностью принимать постоянное напряжение Е/2,

- первое плечо и второе плечо, содержащие переключатели, образованные транзисторами, и

- средства управления упомянутыми переключателями, при этом средства управления работают циклично с периодом Т переключения и выполнены с возможностью управления по меньшей мере первым переключателем и по меньшей мере вторым переключателем идентично, но со смещением на полпериода Т/2 таким образом, чтобы первый переключатель был разомкнут, когда второй переключатель замкнут, и наоборот.

Во всех вариантах выполнения изобретения, представленных на фиг.3-5, ячейки, образованные, каждая, первым и вторым плечами, могут быть соединены параллельно, в частности, для увеличения передаваемой мощности. Плечо образовано двумя полумостами. Например, как показано на фиг.4 и 5 ниже, транзисторы k1 и k11 образуют полумост, и транзисторы k1, k11, k44, k4 образуют плечо.

Узел, образованный входными фильтрами ячеек, имеет параметры, предусмотренные для частоты, равной числу ячеек, умноженному на частоту переключения транзисторов.

Для сети 270 В (135/-135 В) можно использовать полевые МОП-транзисторы (MOSFET) на 300 В. Для сети 540 В (270/-270 В) можно использовать полевые МОП-транзисторы (MOSFET) на 600 В или полевые транзисторы с изолированным затвором (IGBT) (с антипараллельным диодом). Выбор тех или иных транзисторов позволяет адаптировать мощность модуля преобразования.

На фиг.3 показан модуль 10 преобразования между напряжениями Е и VS.

Средства управления управляют переключателями (k1, k11, k22, k2).

Входной модуль содержит первый фильтр, содержащий первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le1 и конденсатор С1, при этом катушка индуктивности Le1 и конденсатор С1 соединяются в точке потенциала VA.

Входной модуль содержит также второй фильтр, содержащий третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le2 и конденсатор С2, при этом катушка индуктивности Le2 и конденсатор С2 соединяются в точке потенциала VB.

Конденсаторы С1 и С2 соединяются в точке потенциала V0=0 В.

Первое плечо содержит два переключателя (k1, k11) и катушку индуктивности Ls1, при этом переключатель k1 находится между точкой потенциала VA и точкой потенциала V1, катушка индуктивности Ls1 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала VC1, переключатель k11 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала V0, при этом напряжение VS измеряют между точками потенциала VC1 и V0, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатель k1 разомкнутым и переключатель k11 замкнутым и наоборот, при этом напряжение VS измеряют между точками потенциала VC1 и V0.

Второе плечо содержит два переключателя (k22, k2) и катушку индуктивности Ls2, при этом переключатель k2 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала VB, катушка индуктивности Ls2 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала VC2, переключатель k22 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала V0, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатель k2 разомкнутым и переключатель k22 замкнутым и наоборот, при этом напряжение VS измеряют между точкой потенциала VC2 и точкой потенциала V0.

Средства управления управляют переключателями k1 и k2 одинаково, но со смещением на полпериода Т/2 таким образом, чтобы переключатель k1 был разомкнут, когда переключатель k2 замкнут, и наоборот. Таким образом, первое и второе плечи используют поочередно на каждом полупериоде переключения Т/2.

В этом варианте выполнения изобретения циклическое отношение умножено на два, напряжение транзисторов поделено на два, ячейки могут быть соединены параллельно, и напряжение изоляции равно напряжению суперконденсаторов 20.

На фиг.4 представлен модуль 10 преобразования между напряжениями Е и VS.

Средства управления управляют переключателями (k1, k11, k44, k4, k3, k33, k22, k2).

Входной модуль содержит первый фильтр, содержащий первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le1 и конденсатор С1, при этом катушка индуктивности Le1 и конденсатор С1 соединяются в точке потенциала VA.

Входной модуль содержит также второй фильтр, содержащий третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le2 и конденсатор С2, при этом катушка индуктивности Le2 и конденсатор С2 соединяются в точке потенциала VB, при этом конденсаторы С1 и С2 соединяются в точке потенциала V0=0 В.

Первое плечо содержит четыре переключателя (k1, k11, k44, k4) и две катушки индуктивности (Ls1, Ls11), при этом переключатель k1 находится между точкой потенциала VA и точкой потенциала V1, катушка индуктивности Ls1 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала VC1, переключатель k11 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала V0, катушка индуктивности Ls11 находится между точкой потенциала VC2 и точкой потенциала V4, переключатель k44 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V4, переключатель k4 находится между точкой потенциала V4 и точкой потенциала VB, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k1 и k4 разомкнутыми и переключатели k11 и k44 замкнутыми и наоборот, при этом напряжение VS измеряют между точкой потенциала VC1 и точкой потенциала V0, и напряжение VS измеряют между точкой потенциала V0 и точкой потенциала VC2.

Второе плечо содержит четыре переключателя (k3, k33, k22, k2) и две катушки индуктивности (Ls2, Ls22), при этом переключатель k3 находится между точкой потенциала VA и точкой потенциала V3, катушка индуктивности Ls2 находится между точкой потенциала V3 и точкой потенциала VC1, переключатель k33 находится между точкой потенциала V3 и точкой потенциала V0, катушка индуктивности Ls22 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала VC2, переключатель k22 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V2, переключатель k2 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала VB, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k3 и k2 разомкнутыми и переключатели k33 и k22 замкнутыми и наоборот, при этом напряжение VS измеряют между точкой потенциала VC1 и точкой потенциала V0, а также между точкой потенциала V0 и точкой потенциала VC2.

Средства управления управляют переключателями (k1, k11, k44, k4, k3, k33, k22, k2) таким образом, чтобы поочередно использовать первое плечо и второе плечо на каждом полупериоде переключения Т/2. Управление переключателями, образующими полумосты [ki, kii], где (1≤i≤4), происходит комплементарно. Точно так же, в частности, чтобы уменьшить размер пассивных элементов, команды управления переключателями k1 и k3, соответственно k2 и k4, являются комплементарными, смещенными на полпериода. Переключатели k1 и k4, соответственно k2 и k3, управляются идентично. Иначе говоря, средства управления управляют одинаково, с одной стороны, переключателями k1 и k4 и одинаково, с другой стороны, переключателями k2 и k3, при этом переключатели k1 и k3 смещены на полпериода Т/2 таким образом, чтобы переключатели k1 и k4 были разомкнуты, когда переключатели k2 и k3 замкнуты, и наоборот.

В этом варианте выполнения циклическое отношение умножено на два, напряжение транзисторов поделено на два, ячейки могут быть связаны параллельно, и напряжение изоляции равно напряжению суперконденсаторов 20.

На фиг.5 представлен модуль 10 преобразования между напряжениями Е и VS.

Модуль 10 преобразования содержит средства управления, управляющие переключателями (k1, k11, k44, k4, k3, k33, k22, k2).

Входной модуль содержит первый фильтр, содержащий первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le1 и конденсатор С1, при этом катушка индуктивности Le1 и конденсатор С1 соединяются в точке потенциала VA.

Входной модуль содержит также второй фильтр, содержащий третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le2 и конденсатор С2, при этом катушка индуктивности Le2 и конденсатор С2 соединяются в точке потенциала VB.

Конденсаторы С1 и С2 соединяются в точке потенциала V0=0 В.

Первое плечо содержит четыре переключателя (k1, k11, k44, k4) и две катушки индуктивности (Ls1, Ls11), при этом переключатель k1 находится между точкой потенциала VA и точкой потенциала V1, катушка индуктивности Ls1 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала VC, переключатель k11 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала V0, катушка индуктивности Ls11 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V4, переключатель k44 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V4, переключатель k4 находится между точкой потенциала V4 и точкой потенциала VB. Средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k3 и k2 разомкнутыми и переключатели k33 и k22 замкнутыми и наоборот. Напряжение VS измеряют между точками потенциала VC и V0.

Второе плечо содержит четыре переключателя (k3, k33, k22, k2) и две катушки индуктивности (Ls2, Ls22), при этом переключатель k3 находится между точкой потенциала VA и точкой потенциала V3, катушка индуктивности Ls2 находится между точкой потенциала VC и точкой потенциала V3, переключатель k33 находится между точкой потенциала V3 и точкой потенциала V0, катушка индуктивности Ls22 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V2, переключатель k22 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V2, переключатель k2 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала VB. Средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k1 и k4 разомкнутыми и переключатели k11 и k44 замкнутыми и наоборот. Напряжение VS измеряют между точками потенциала VC и V0.

Средства управления управляют переключателями (k1, k11, k44, k4, k3, k33, k22, k2) таким образом, чтобы поочередно использовать первое плечо и второе плечо на каждом полупериоде переключения Т/2. Управление переключателями, образующими полумосты [ki, kii], где (1≤i≤4), происходит комплементарно. Точно так же, в частности, чтобы уменьшить размер пассивных элементов, команды управления переключателями k1 и k3, соответственно k2 и k4, являются комплементарными, смещенными на полпериода. Переключатели k1 и k4, соответственно k2 и k3, управляются идентично.

Если обозначить dT время проводимости транзисторов ki и Т период переключения, при первом приближении, пренебрегая омическими падениями напряжения, то отношение между напряжением суперконденсатора и напряжением сети выглядит как VS=d·E. В зависимости от уровня напряжения суперконденсатора регулирование d позволяет контролировать ток зарядки или разрядки. d меняется как соотношение Vs/E, то есть, например, при Е=270 В и 0<VS≤120, d меняется от 60/270 до 120/270. При этом может понадобиться контроль напряжения среднего моста 0 В. Изменение d можно осуществлять, например, при помощи модуля широтно-импульсной модуляции (ШИМ) в аналоговом или цифровом режиме.

Поскольку модуль 10 преобразования состоит из двух плеч, параметрическая частота фильтров соответствует двойной частоте переключения транзисторов переключателей упомянутых плеч.

В этом варианте выполнения циклическое отношение умножено на два, напряжение транзисторов поделено на два, ячейки могут быть связаны параллельно, и напряжение изолирования равно напряжению суперконденсаторов 20, поделенному на два.

1. Модуль преобразования напряжения между высоковольтной электрической сетью летательного аппарата и по меньшей мере одним элементом накопления энергии упомянутого летательного аппарата, при этом упомянутый модуль преобразования выполнен с возможностью реверсивного осуществления преобразования между постоянным напряжением Е высоковольтной электрической сети летательного аппарата и постоянным напряжением Vs элемента накопления энергии летательного аппарата, при этом упомянутое напряжение Vs элемента накопления летательного аппарата является плавающим относительно напряжения Е высоковольтной электрической сети летательного аппарата и центрировано относительно массы летательного аппарата, при этом модуль содержит входной модуль, содержащий два фильтра, каждый из которых выполнен с возможностью принимать постоянное напряжение Е/2, первое плечо и второе плечо, содержащие переключатели, и средства управления упомянутыми переключателями, при этом средства управления работают циклично с периодом Т переключения и выполнены с возможностью управления по меньшей мере первым переключателем и по меньшей мере вторым переключателем идентично, но со смещением на полпериода Т/2 таким образом, чтобы первый переключатель был разомкнут, когда второй переключатель замкнут, и наоборот.

2. Модуль по п. 1, в котором средства управления управляют переключателями (k1, k11, k44, k4, k3, k33, k22, k2) и в котором:
- входной модуль содержит:
i) первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le1 и конденсатор C1, при этом катушка индуктивности Le1 и конденсатор С1 соединены в точке потенциала VA,
ii) третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le2 и конденсатор С2, при этом катушка индуктивности Le2 и конденсатор С2 соединены в точке потенциала VB, при этом конденсатор C1 и конденсатор С2 соединены в точке потенциала V0=0 В,
- первое плечо содержит четыре переключателя (k1, k11, k44, k4) и две катушки индуктивности (Ls1, Ls11), при этом переключатель k1 находится между точкой потенциала VA и точкой потенциала V1, катушка индуктивности Ls1 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала VC, переключатель k11 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала V0, катушка индуктивности Ls11 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V4, переключатель k44 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V4, переключатель k4 находится между точкой потенциала V4 и точкой потенциала VB, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k1 и k4 разомкнутыми и переключатели k11 и k44 замкнутыми и наоборот, при этом напряжение VS измеряют между точками потенциала VC и V0;
- второе плечо содержит четыре переключателя (k3, k33, k22, k2) и две катушки индуктивности (Ls2, Ls22), при этом переключатель k3 находится между точкой потенциала VA и точкой потенциала V3, катушка индуктивности Ls2 находится между точкой потенциала VC и точкой потенциала V3, переключатель k33 находится между точкой потенциала V3 и точкой потенциала V0, катушка индуктивности Ls22 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V2, переключатель k22 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V2, переключатель k2 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала VB, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k3 и k2 разомкнутыми и переключатели k33 и k22 замкнутыми и наоборот, при этом напряжение VS измеряют между точками потенциала VC и V0, и
- средства управления управляют одинаково, с одной стороны, переключателями k1 и k4 и одинаково, с другой стороны, переключателями k2 и k3, при этом переключатели k1 и k3 смещены на полпериода Т/2 таким образом, чтобы переключатели k1 и k4 были разомкнуты, когда переключатели k2 и k3 замкнуты, и наоборот.

3. Модуль по п. 1, в котором средства управления управляют переключателями (k1, k11, k22, k2) и в котором:
- входной модуль содержит:
i) первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le1 и конденсатор С1, при этом катушка индуктивности Le1 и конденсатор С1 соединены в точке потенциала VA,
ii) третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le2 и конденсатор С2, при этом катушка индуктивности Le2 и конденсатор С2 соединены в точке потенциала VB, при этом конденсатор C1 и конденсатор С2 соединены в точке потенциала V0=0 В,
- первое плечо содержит два переключателя (k1, k11) и катушку индуктивности Ls1, при этом переключатель k1 находится между точкой потенциала VA и точкой потенциала V1, катушка индуктивности Ls1 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала VC1, переключатель k11 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала V0, при этом напряжение VS измеряют между точками потенциала VC1 и V0, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатель k1 разомкнутым и переключатель k11 замкнутым и наоборот, при этом напряжение VS измеряют между точками потенциала VC1 и V0;
- второе плечо содержит два переключателя (k22, k2) и катушку индуктивности Ls2, при этом переключатель k2 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала VB, катушка индуктивности Ls2 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала VC2, переключатель k22 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала V0, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатель k2 разомкнутым и переключатель k22 замкнутым и наоборот, при этом напряжение VS измеряют между точкой потенциала VC2 и точкой потенциала V0, и
- средства управления управляют переключателями k1 и k2 одинаково, но со смещением на полпериода Т/2 таким образом, чтобы переключатель k1 был разомкнут, когда переключатель k2 замкнут, и наоборот.

4. Модуль по п. 1, в котором средства управления управляют переключателями (k1, k11, k44, k4, k3, k33, k22, k2) и в котором:
- входной модуль содержит:
i) первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le1 и конденсатор С1, при этом катушка индуктивности Le1 и конденсатор С1 соединены в точке потенциала VA,
ii) третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le2 и конденсатор С2, при этом катушка индуктивности Le2 и конденсатор С2 соединены в точке потенциала VB, при этом конденсаторы С1 и С2 соединены в точке потенциала V0=0 В,
- первое плечо содержит четыре переключателя (k1, k11, k44, k4) и две катушки индуктивности (Ls1, Ls11), при этом переключатель k1 находится между точкой потенциала VA и точкой потенциала V1, катушка индуктивности Ls1 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала VC1, переключатель k11 находится между точкой потенциала V1 и точкой потенциала V0, катушка индуктивности Ls11 находится между точкой потенциала VC2 и точкой потенциала V4, переключатель k44 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V4, переключатель k4 находится между точкой потенциала V4 и точкой потенциала VB, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k1 и k4 разомкнутыми и переключатели k11 и k44 замкнутыми и наоборот, при этом напряжение VS измеряют между точкой потенциала VC1 и точкой потенциала V0, а также между точкой потенциала V0 и точкой потенциала VC2;
- второе плечо содержит четыре переключателя (k3, k33, k22, k2) и две катушки индуктивности (Ls2, Ls22), при этом переключатель k3 находится между точкой потенциала VA и точкой потенциала V3, катушка индуктивности Ls2 находится между точкой потенциала V3 и точкой потенциала VC1, переключатель k33 находится между точкой потенциала V3 и точкой потенциала V0, катушка индуктивности Ls22 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала VC2, переключатель k22 находится между точкой потенциала V0 и точкой потенциала V2, переключатель k2 находится между точкой потенциала V2 и точкой потенциала VB, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k3 и k2 разомкнутыми и переключатели k33 и k22 замкнутыми и наоборот, при этом напряжение VS измеряют между точкой потенциала VC1 и точкой потенциала V0, а также между точкой потенциала V0 и точкой потенциала VC2, и
- средства управления управляют одинаково, с одной стороны, переключателями k1 и k4 и одинаково, с другой стороны, переключателями k2 и k3, при этом переключатели k1 и k3 смещены на полпериода Т/2 таким образом, чтобы переключатели k1 и k4 были разомкнуты, когда переключатели k2 и k3 замкнуты, и наоборот.

5. Модуль по п. 1, в котором Е=270 или 540 В и 60<VS<120 В.

6. Система накопления, содержащая модуль преобразования по п. 1 и по меньшей мере один элемент накопления, подсоединенный между точками потенциала, соответствующими напряжению Vs.7. Система накопления по п. 6, в которой элемент накопления подсоединен между точками потенциала VC и V0.

8. Система накопления по п. 6, в которой первый элемент накопления подсоединен между точками потенциала VC1 и V0, и второй элемент накопления подсоединен между точками потенциала V0 и VC2.

9. Система накопления по п. 6, в которой элемент накопления является суперконденсатором.

10. Система накопления по п. 9, в которой суперконденсатор конфигурирован с возможностью накопления энергии, когда на него подают входное напряжение VS, при 60≤VS≤120 В.

11. Система накопления по п. 6, в которой элемент накопления является аккумуляторной батареей.

12. Система накопления по п. 11, в которой аккумуляторная батарея конфигурирована с возможностью накопления энергии, когда на нее подают входное напряжение VS, при 60≤VS≤120 В.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электроснабжения космических аппаратов с использованием в качестве первичных источников энергии солнечных батарей, а в качестве накопителей энергии - аккумуляторных батарей.

Изобретение относится к области космической энергетики, конкретнее к бортовым системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА). Технический результат - увеличение надежности.

Изобретение относится к области космической энергетики, конкретнее к бортовым системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА). Предлагается способ электропитания космического аппарата от солнечной батареи, подключенной своими плюсовой и минусовой шинами к стабилизатору напряжения, аккумуляторной батареи, подключенной своими плюсовой и минусовой шинами к входу разрядного и выходу зарядного устройств, причем стабилизатор напряжения солнечной батареи и разрядное устройство аккумуляторной батареи выполнены в виде мостовых инверторов с общим трансформатором с n выходными обмотками, где n≥2, а вход зарядного устройства соединен с одной из выходных обмоток трансформатора, к другим же (n-1) выходным обмоткам трансформатора подключены переходные устройства связи с нагрузками со своими номиналами выходного напряжения.

Предполагаемое изобретение относится к электротехнике, а именно к автономным системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), использующим в качестве первичных источников энергии батареи фотоэлектрические (БФ), а в качестве накопителей энергии - аккумуляторные батареи (АБ).

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автономным системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), использующим в качестве первичных источников энергии батареи солнечные (БС), а в качестве накопителей энергии - аккумуляторные батареи (АБ).

Изобретение относится к энергоустановкам на топливных элементах и может использоваться при проектировании автономных, резервных и транспортных энергоустановок.

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к бортовым системам электропитания космических аппаратов, и может быть использовано в системе питания автоматических космических аппаратов на основе солнечных и аккумуляторных батарей.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при создании автономных систем электропитания (СЭП) искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при создании автономных систем электропитания (СЭП) искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при эксплуатации аккумуляторных батарей в автономных системах электропитания, в частности в системах электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ), малых космических аппаратов.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности бесперебойного электроснабжения потребителей постоянным током и безопасности работы системы. Система управляемых выпрямительно-зарядных модулей бесперебойного электропитания потребителей постоянным током содержит блок выпрямителей нагрузки и блок выпрямителей батареи, имеющих модульную конструкцию, выходы выпрямителей каждого блока соединены между собой, а входы управления выпрямителей подключены к интерфейсу контроллера, вентиляторы, датчик тока нагрузки, измеритель напряжения нагрузки, подключенный к входу контроллера, аккумуляторную батарею, основную и выносную панели индикации, блок автоматического ввода резерва, выключатель выпрямителей нагрузки, выключатель выпрямителей батареи, диод, блок контроля изоляции, блок защиты первичных потребителей, блок защиты вторичных потребителей, блок отключения вторичных потребителей, выключатель-байпас выхода, выключатель аккумуляторной батареи, измеритель тока нагрузки, измеритель тока батареи, датчик тока батареи, два блока питания автоматики, соединенных параллельно, блок питания датчиков тока, измеритель напряжения батареи, контактную группу, блок индикаторов, разделенный на две группы индикаторов, блок режимов заряда батареи, концентратор, рабочую станцию, байпас входа, нагревательный элемент, реле высокой температуры, выходом подключенное к вентиляторам, реле низкой температуры, блок питания вентиляторов, звуковую сирену, блок отключения батареи, блок ручной блокировки отключения батареи, преобразователь интерфейса, датчик температуры шкафа, датчики температуры батареи, выходы которых соединены по интерфейсу между собой, с датчиком температуры шкафа и с входом преобразователя интерфейса, выходом подключенного к интерфейсу контроллера. 3 ил.
Наверх