Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта



Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта
Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта
Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта

 


Владельцы патента RU 2603852:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) (RU)

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для зарядки аккумуляторной батареи размещено в трех конструктивных блоках. В первом блоке, устанавливаемом на судне, находится выпрямитель напряжения. Во втором блоке, выполненном с возможностью погружения под воду, размещены конденсатор, однофазный автономный инвертор напряжения с блоком управления, а также отдельно выполненная первичная обмотка трансформатора и два измерительных преобразователя температуры. В третьем блоке, устанавливаемом на подводном объекте, расположены отдельно выполненная вторичная обмотка трансформатора, выпрямитель, конденсатор, сглаживающий реактор, регулятор зарядного тока с блоком управления, а также измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства. В устройство дополнительно введены преобразователь напряжения с блоком управления, блок задержки и второй измерительный преобразователь тока, при этом выход первого выпрямителя соединен с входом преобразователя напряжения, выход которого соединен с входом автономного инвертора через второй измерительный преобразователь тока, а измерительные преобразователи температуры воздействуют на преобразователь напряжения через его блок управления, причем преобразователь напряжения с его блоком управления, блок задержки и второй измерительный преобразователь тока размещены во втором конструктивном блоке. Такое выполнение устройства позволило повысить надежность процесса зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта от судовой сети переменного тока. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам с использованием полупроводниковых приборов для зарядки от судовой электроэнергетической системы переменного тока электрической аккумуляторной батареи, преимущественно установленной на подводном объекте.

Известно устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта от судовой сети переменного тока (патент РФ №2401496, МПК H02J 7/00, Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта. Опубл. 10.10.2010, бюл. №28).

Известное устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта от расположенной на судне судовой сети переменного тока состоит из трех конструктивных блоков. В первый конструктивный блок, расположенный на судне, помещен управляемый выпрямитель напряжения, входные клеммы которого соединены с судовой электрической сетью, а выходные - с входными клеммами однофазного автономного инвертора напряжения повышенной частоты, который помещен во второй конструктивный блок. В этом же блоке размещены конденсатор и блок управления инвертором, при этом конденсатор подключен к входным клеммам инвертора, а выход блока управления связан с управляющим входом инвертора, выходные зажимы которого подключены к зажимам первичной обмотки трансформатора повышенной частоты. Второй конструктивный блок имеет герметичный корпус и может быть опущен на глубину, на которой находится подводный объект, содержащий третий конструктивный блок. В третьем конструктивном блоке находятся вторичная обмотка трансформатора повышенной частоты, второй выпрямитель, сглаживающий реактор, блок управления зарядным током, а также измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения. К выходным зажимам устройства подключена аккумуляторная батарея. При совмещении стыковочных поверхностей первичной и вторичной обмоток трансформатора повышенной частоты происходит передача электрической энергии за счет магнитной связи между этими обмотками. Эффективность передачи энергии будет тем больше, чем меньше расстояние между стыковочными поверхностями и чем точнее совпадают оси обмоток.

Регулирование зарядного тока обеспечивается каналом беспроводной обратной связи. Этот канал образован передатчиком, расположенным в третьем конструктивном блоке, и приемником, который размещен во втором конструктивном блоке. Вход передатчика соединен с выходом блока управления зарядным током, а выход приемника подключен на вход блока управления автономным инвертором. Информация от передатчика к приемнику передается с помощью какого-либо поля: электромагнитного или ультразвукового.

Известное устройство имеет следующие недостатки. Для заряда аккумуляторной батареи подводного объекта, расположенного на глубине, должна выполняться дистанционная стыковка второго и третьего конструктивных блоков, необходимая для осуществления процесса заряда, при этом возможно неточное совмещение стыковочных поверхностей первичной и вторичной обмоток трансформатора повышенной частоты. При поддержании неизменного значения тока зарядки аккумуляторной батареи увеличение расстояния между обмотками трансформатора или смещение осей обмоток относительно друг друга приведет к увеличению намагничивающего тока первичной обмотки и, соответственно, к увеличению выходного тока автономного инвертора. Это приведет к повышенной токовой нагрузке на силовые ключи инвертора и на провод первичной обмотки трансформатора, соответственно, к увеличенному нагреву этих элементов, что снизит надежность работы устройства и может вызвать выход его из строя.

Второй недостаток устройства связан с использованием беспроводного канала обратной связи для обеспечения регулирования зарядного тока аккумуляторной батареи. Антенные элементы приемника и передатчика приводятся в согласованное положение с минимальным расстоянием между ними только в процессе зарядки батареи. Остальное время функционирования подводного объекта происходит при разобщении второго и третьего конструктивных блоков. Нахождение их под водой обычно сопровождается осаждением на них морских организмов. При переходе к очередному процессу зарядки батареи инородные вещества, находящиеся на пути передачи информации между передатчиком и приемником, могут нарушить качество связи, что приведет к сбоям в регулировании зарядного тока. Это обстоятельство также снижает надежность работы устройства.

Известно также устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта от судовой сети переменного тока, наиболее близкое по технической сущности к заявляемому устройству (патент РФ №2543507, МПК H02J 7/10, Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта. Опубл. 10.03.2015, бюл. №7, - прототип).

Известное устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта от расположенной на судне судовой сети переменного тока состоит из первого, второго и третьего конструктивных блоков и кабеля, соединяющего первый и второй блоки. Первый конструктивный блок расположен на судне. Второй конструктивный блок помещен в герметичный корпус и может быть опущен на глубину, на которой находится подводный объект, содержащий третий конструктивный блок.

В первом конструктивном блоке размещен управляемый выпрямитель напряжения, его входные зажимы соединены с судовой электрической сетью, а выходные подключены к входным зажимам однофазного автономного инвертора напряжения повышенной частоты, который находится во втором конструктивном блоке.

Во втором конструктивном блоке размещены также первичная обмотка трансформатора повышенной частоты, подсоединенная к выходным зажимам инвертора, первый конденсатор, подключенный к входным зажимам инвертора, первый и второй измерительные преобразователи температуры, входы которых связаны с тепловыделяющими элементами автономного инвертора и проводом первичной обмотки трансформатора повышенной частоты соответственно, блок управления автономным инвертором, выход которого соединен с управляющим входом автономного инвертора, а первый и второй входы связаны с выходами первого и второго измерительных преобразователей температуры соответственно.

В третьем конструктивном блоке размещены вторичная обмотка трансформатора повышенной частоты, выпрямитель, второй конденсатор, регулятор зарядного тока, сглаживающий реактор, измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения, а также блок управления зарядным током. Выходные зажимы вторичной обмотки трансформатора через выпрямитель и второй конденсатор подключены к входу регулятора зарядного тока. Входные зажимы измерительного преобразователя зарядного тока включены между первым выходным зажимом регулятора зарядного тока и первым выходным зажимом устройства. Второй выходной зажим регулятора зарядного тока подключен ко второму выходному зажиму устройства через сглаживающий реактор. Между первым и вторым выходными зажимами устройства подключена аккумуляторная батарея, расположенная на подводном объекте. Выходы измерительных преобразователей зарядного тока и выходного напряжения устройства подключены к входам блока управления зарядным током, выход которого соединен с управляющим входом регулятора зарядного тока.

Когда контактирующие поверхности первичной и вторичной обмоток трансформатора повышенной частоты находятся на малом расстоянии друг от друга, а расстояние между осями этих обмоток также достаточно мало, через трансформатор выполняется передача электрической энергии за счет электромагнитной связи между обмотками. При этом эффективность передачи будет тем больше, чем точнее позиционируются обмотки между собой.

Устройство имеет следующие недостатки. При включении системы в работу напряжение, поступающее на второй конструктивный блок, является одновременно силовым питанием инвертора и питанием схем управления инвертором. Схемы управления имеют определенное время переходного процесса установления собственного рабочего режима, тогда как на силовых ключах напряжение появляется без задержки. Подобная несогласованность управления может привести к нарушению требуемого режима коммутации силовых ключей инвертора и выходу их из строя.

Второй недостаток устройства связан с принятым способом уменьшения электрических нагрузок для ограничения температуры нагрева тепловыделяющих элементов автономного инвертора и провода первичной обмотки высокочастотного трансформатора. Выходы измерительных преобразователей температуры соединены с входами блока управления инвертором. Блок управления, выход которого соединен с управляющим входом инвертора, изменяет коэффициент заполнения выходных импульсов инвертора при неизменном напряжении питания инвертора. Для уменьшения перегрева указанных тепловыделяющих элементов коэффициент заполнения необходимо уменьшать, что может приводить к режиму прерывистого тока во вторичной обмотке высокочастотного трансформатора и вызывать повышенный уровень электромагнитных помех для работы электронного оборудования подводного объекта. Это обстоятельство также снижает надежность работы устройства.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности работы устройства для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта от судовой сети переменного тока.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта, содержащее первый и второй выпрямители, первый и второй конденсаторы, автономный инвертор повышенной частоты и блок управления инвертором, выход которого соединен с управляющим входом инвертора, отдельно выполненные первичную и вторичную обмотки трансформатора повышенной частоты, первый и второй измерительные преобразователи температуры, входы которых связаны с тепловыделяющими элементами автономного инвертора и проводом первичной обмотки трансформатора повышенной частоты соответственно, регулятор зарядного тока и блок управления зарядным током, выход которого связан с управляющим входом регулятора зарядного тока, сглаживающий реактор, измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения, выходы которых подключены к входам блока управления зарядным током, при этом входные зажимы первого выпрямителя соединены с судовой электрической сетью, выводы первого конденсатора соединены с входными силовыми зажимами автономного инвертора, к выходным клеммам которого подключена первичная обмотка трансформатора повышенной частоты, а вторичная обмотка этого трансформатора через второй выпрямитель подключена на входы регулятора зарядного тока, параллельно которым подсоединен также второй конденсатор, входные зажимы измерительного преобразователя зарядного тока включены между первым выходным зажимом регулятора зарядного тока и первым выходным зажимом устройства, второй выходной зажим регулятора зарядного тока подключен ко второму выходному зажиму устройства через сглаживающий реактор, между первым и вторым выходными зажимами устройства подключены измерительный преобразователь напряжения и аккумуляторная батарея, расположенная на подводном объекте, причем элементы устройства размещены в трех конструктивных блоках, где в первом конструктивном блоке, устанавливаемом на судне, находится первый выпрямитель напряжения, во втором конструктивном блоке, выполненном с возможностью погружения под воду, помещены первый конденсатор, однофазный автономный инвертор напряжения повышенной частоты с блоком управления инвертором, первый и второй измерительные преобразователи температуры и первичная обмотка трансформатора повышенной частоты, в третьем конструктивном блоке, устанавливаемом на подводном объекте, расположены вторичная обмотка трансформатора повышенной частоты, второй выпрямитель, второй конденсатор, сглаживающий реактор, измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства, а также блок управления зарядным током, дополнительно введены преобразователь напряжения, блок управления преобразователем напряжения, блок задержки и второй измерительный преобразователь тока, при этом выходные зажимы первого выпрямителя соединены с входными выводами преобразователя напряжения, первый выходной вывод которого подключен на первый входной зажим однофазного автономного инвертора напряжения повышенной частоты непосредственно, а второй выходной вывод соединен со вторым входным зажимом однофазного автономного инвертора повышенной частоты через второй измерительный преобразователь тока, выход которого подключен на первый вход блока управления преобразователем напряжения, выходы первого и второго преобразователя температуры связаны со вторым и третьим входами блока управления преобразователем напряжения, а его выход соединен с управляющим входом преобразователя напряжения через блок задержки, причем преобразователь напряжения, блок управления преобразователем напряжения, блок задержки и второй измерительный преобразователь тока размещены во втором конструктивном блоке. Кроме того, первый выпрямитель выполнен неуправляемым.

Выполнение функциональной задачи «повышение надежности устройства для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта от судовой сети переменного тока» обеспечивается следующими отличительными признаками предлагаемого решения.

Признак «…в устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта … введены преобразователь напряжения, блок управления преобразователем напряжения, блок задержки … при этом выходные зажимы первого выпрямителя соединены с входными выводами преобразователя напряжения, первый выходной вывод которого подключен на первый входной зажим однофазного автономного инвертора напряжения повышенной частоты непосредственно, а второй выходной вывод соединен со вторым входным зажимом однофазного автономного инвертора повышенной частоты через второй измерительный преобразователь тока, выход которого подключен на первый вход блока управления преобразователем напряжения, … а его выход соединен с управляющим входом преобразователя напряжения через блок задержки, причем преобразователь напряжения, блок управления преобразователем напряжения, блок задержки … размещены во втором конструктивном блоке» обеспечивает необходимую последовательность организации запуска автономного инвертора, исключающую нарушения коммутации силовых ключей инвертора при подаче питания на устройство, а также ограничение зарядного тока первого конденсатора при подаче питания на устройство, защиту от токов перегрузки и токов короткого замыкания в цепи питания инвертора, что приводит к повышению надежности устройства.

Второй признак «… выходы первого и второго преобразователя температуры связаны со вторым и третьим входами блока управления преобразователем напряжения…» обеспечивает уменьшение токовых нагрузок на тепловыделяющие элементы автономного инвертора и провод первичной обмотки высокочастотного трансформатора и ограничение их температуры допустимым уровнем за счет уменьшения напряжения питания автономного инвертора при сохранении режима непрерывного тока первичной обмотки высокочастотного трансформатора, что улучшает электромагнитную совместимость электронного оборудования подводного объекта и приводит к повышению надежности устройства.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в следующем. Отличительные признаки предлагаемого решения обеспечивают надежную работу за счет организации необходимой последовательности подачи питающего напряжения на силовые ключи инвертора и его блок управления при запуске автономного инвертора, исключающую нарушения коммутации силовых ключей инвертора при включении устройства в работу, а также ограничение зарядного тока первого конденсатора при подаче питания на устройство и защиту от токов перегрузки и токов короткого замыкания в цепи питания инвертора, что приводит к повышению надежности устройства. Кроме того, отличительные признаки способствуют улучшению электромагнитной совместимости электронного оборудования подводного объекта, что также повышает надежность устройства.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решение поставленной задачи. Следовательно, заявленное изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем и пригодно для использования.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта; на фиг. 2 показаны внешние характеристики UЗАР(IЗАР) канала бесконтактной передачи электроэнергии для двух значений выходного напряжения преобразователя 21; на фиг. 3 приведены графики изменения выходного напряжения UП(t) преобразователя и его выходного тока IП(t) при подаче питания на устройство, а также в режиме короткого замыкания на выходе преобразователя напряжения, полученные в ходе схемотехнического моделирования.

Устройство для зарядки аккумуляторной батареи 1 подводного объекта 2 содержит первый 3 и второй 4 выпрямители, первый 5 и второй 6 конденсаторы, автономный инвертор 7 повышенной частоты и блок 8 управления инвертором 7, выход блока 8 соединен с управляющим входом инвертора 7, отдельно выполненные первичную 9 и вторичную 10 обмотки трансформатора повышенной частоты, первый 11 и второй 12 измерительные преобразователи температуры, входы которых связаны с тепловыделяющими элементами автономного инвертора 7 и проводом первичной обмотки 9 трансформатора повышенной частоты соответственно, регулятор 13 зарядного тока и блок 14 управления зарядным током, выход которого связан с управляющим входом регулятора 13 зарядного тока, сглаживающий реактор 15, измерительные преобразователи 16 и 17 зарядного тока и выходного напряжения соответственно, выходы которых подключены к входам блока 14 управления зарядным током. При этом входные зажимы первого выпрямителя 3 соединены с судовой электрической сетью 18, выводы первого конденсатора 5 соединены с входными силовыми зажимами автономного инвертора 7, к выходным клеммам которого подключена первичная обмотка 9 трансформатора повышенной частоты, а вторичная обмотка 10 этого трансформатора через второй выпрямитель 4 подключена на входы регулятора 13 зарядного тока, к которым подсоединен также второй конденсатор 6, входные зажимы измерительного преобразователя зарядного тока 16 включены между первым выходным зажимом регулятора 13 зарядного тока и первым выходным зажимом устройства, второй выходной зажим регулятора 13 зарядного тока подключен ко второму выходному зажиму устройства через сглаживающий реактор 15, между первым и вторым выходными зажимами устройства подключены измерительный преобразователь 17 напряжения и аккумуляторная батарея 1, расположенная на подводном объекте 2, причем элементы устройства размещены в трех конструктивных блоках, где в первом конструктивном блоке 19, устанавливаемом на судне, находится первый выпрямитель 3 напряжения, во второй конструктивный блок 20, выполненный с возможностью погружения под воду, помещены первый конденсатор 5, однофазный автономный инвертор 7 напряжения повышенной частоты с блоком 8 управления инвертором 7, первый 11 и второй 12 измерительные преобразователи температуры и первичная обмотка 9 трансформатора повышенной частоты, в третьем конструктивном блоке 21, установленном на подводном объекте 2, расположены вторичная обмотка 10 трансформатора повышенной частоты, второй выпрямитель 4, второй конденсатор 6, сглаживающий реактор 15, измерительный преобразователь 16 зарядного тока и измерительный преобразователь 17 выходного напряжения устройства, а также блок 14 управления зарядным током. Кроме этого, устройство для зарядки аккумуляторной батареи 1 подводного объекта 2 содержит преобразователь 22 напряжения, блок 23 управления преобразователем 22 напряжения, блок 24 задержки и второй измерительный преобразователь 25 тока. Выходные зажимы первого выпрямителя 3 соединены с входными выводами преобразователя 22 напряжения, первый выходной вывод которого подключен на первый входной зажим однофазного автономного инвертора 7 напряжения повышенной частоты непосредственно, а его второй выходной вывод соединен со вторым входным зажимом однофазного автономного инвертора 7 повышенной частоты через второй измерительный преобразователь 25 тока, выход которого подключен на первый вход блока 23 управления преобразователем 22 напряжения, выходы первого 11 и второго 12 преобразователей температуры связаны со вторым и третьим входами блока 23 управления преобразователем 22 напряжения, а выход блока 23 управления соединен с управляющим входом преобразователя 22 напряжения через блок 24 задержки, причем преобразователь 22 напряжения, блок 23 управления преобразователем напряжения, блок 24 задержки и второй измерительный преобразователь 25 тока размещены во втором конструктивном блоке 20. Первый выпрямитель 3 выполнен неуправляемым.

Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта работает следующим образом.

Перед началом процесса зарядки контактирующие поверхности первичной 9 и вторичной 10 обмоток трансформатора повышенной частоты должны быть приведены в соприкосновение по возможности с минимальным зазором и минимальным смещением осей обмоток относительно друг друга. При подключении первого выпрямителя 3 к судовой сети 18 переменного тока, например, с помощью находящегося в распределительном щите этой сети автоматического выключателя выпрямленное напряжение поступает на входные выводы преобразователя 22 напряжения и, одновременно, для питания блоков 8 и 23 управления автономным инвертором 7 и преобразователем 22 соответственно, а также для питания блока 24 задержки. Блок 24 задержки в соответствии с его алгоритмом работы блокирует подачу управления с выхода блока 23 на управляющий вход преобразователя 22 на некоторое время, достаточное для окончания переходных процессов включения блоков 8 и 23 управления и установления их в рабочий режим. После окончания интервала блокировки на выходных выводах преобразователя 22 появляется напряжение, увеличивающееся от нуля до заданного номинального напряжения, причем интенсивность возрастания напряжения ограничена некоторым заданным значением за счет действия обратной связи по выходному току преобразователя 22, который измеряется вторым измерительным преобразователем 25 тока и воздействует на преобразователь 22 через его блок управления 23. Блок 24 задержки после истечения интервала блокировки управления передает сигнал без искажения.

Заряд первого конденсатора 5 при этом выполняется до заданного номинального напряжения с ограничением зарядного тока на допустимом уровне. Номинальное напряжение заряда первого конденсатора 5 и уровень ограничения максимального значения его зарядного тока определяются настройками блока 23 управления преобразователем 22. Напряжение на конденсаторе 5 является напряжением питания автономного инвертора 7. Автономный инвертор 7 работает в автогенераторном режиме, параметры которого определяются блоком управления 8. Переменное напряжение с выхода автономного инвертора 7 поступает на первичную обмотку 9 трансформатора повышенной частоты, что приводит к возникновению процесса передачи электрической энергии в третий конструктивный блок 21. Скважность импульсов управления автономным инвертором 7 с выхода блока 8 близка к единице (из полного интервала управления 180 электрических градусов исключается некоторая малая величина «мертвого времени»), при этом эффективность передачи энергии равна максимально возможной для конкретного взаимного расположения первичной и вторичной обмоток трансформатора повышенной частоты. Напряжение вторичной обмотки 10 трансформатора повышенной частоты через второй выпрямитель 4 поступает на вход регулятора 13 зарядного тока, к входным клеммам которого подключен также второй конденсатор 6, осуществляющий фильтрацию выпрямленного напряжения. Выбранное соотношение между витками первичной 9 и вторичной 10 обмоток трансформатора должно обеспечивать определенную амплитуду напряжения на вторичной обмотке 10 и, соответственно, практически такую же величину максимального напряжения на входных зажимах регулятора 13 зарядного тока, значение которого равно или больше необходимого для осуществления полного заряда аккумуляторной батареи 1.

Регулятор 13 зарядного тока выполняет необходимое регулирование за счет широтно-импульсной модуляции напряжения на своем выходе с использованием сигналов обратных связей по току заряда аккумуляторной батареи (сигнал с выхода измерительного преобразователя 16) и по выходному напряжению устройства (сигнал с выхода измерительного преобразователя 17). Реактор 15 сглаживает пульсации тока заряда аккумуляторной батареи до допустимого уровня.

Алгоритм работы блока 14 управления зарядным током обеспечивает заряд аккумуляторной батареи 1 в соответствии с требованиями, предъявляемыми к этому процессу применительно к конкретному типу батареи. Например, для заряда литий-ионных аккумуляторных батарей заряд должен выполняться в два этапа. Первый этап - поддержание постоянства зарядного тока. Когда напряжение батареи, увеличивающееся по мере заряда, достигает заданного номинального значения, процесс заряда переходит на второй этап. На этом этапе регулятор 13 тока заряда поддерживает неизменным заданное номинальное значение напряжения аккумуляторной батареи при уменьшающемся зарядном токе, в пределе, до нулевого значения. Указанный процесс обеспечивается работой взаимосвязанных компонентов третьего конструктивного блока 21, представляющих собой локальную замкнутую систему автоматического регулирования с обратными связями по току заряда и по выходному напряжению устройства.

Выходной ток автономного инвертора 7 и, следовательно, ток первичной обмотки 9 трансформатора повышенной частоты можно представить геометрической суммой двух составляющих - реактивной и активной. Активная составляющая тока определяется активными потерями в трансформаторе и током нагрузки вторичной обмотки 10, который также является активным. Реактивная составляющая выходного тока инвертора представляет собой ток намагничивания трансформатора и определяется коэффициентом магнитной связи между обмотками 9 и 10, который, в свою очередь, определяет эффективность передачи энергии через трансформатор. При прочих равных условиях ток намагничивания будет тем больше, чем меньше коэффициент магнитной связи. Уменьшение последнего будет происходить при неточном совмещении контактирующих поверхностей первичной 9 и вторичной 10 обмоток трансформатора. Сопутствующее этому фактору увеличение тока намагничивания трансформатора приведет к повышенному нагреву силовых элементов автономного инвертора 7, что снижает его надежность. Увеличение температуры провода первичной обмотки 9 может также вызвать нарушение изоляции и выход трансформатора из строя. Кроме этого, к повышению тепловых нагрузок на инвертор и на трансформатор может приводить ухудшение условий их охлаждения, например повышение температуры забортной воды в месте расположения второго конструктивного блока 20, в состав которого входят эти устройства. Измерение температуры силовых коммутирующих элементов инвертора 7 и провода обмотки 9 выполняют измерительные преобразователи температуры 11 и 12, входы которых связаны с тепловыделяющими элементами автономного инвертора 7 и первичной обмотки 9 трансформатора повышенной частоты соответственно, а их выходы подключены на первый и второй входы блока 23 управления преобразователем 22. Алгоритм работы блока 23 обеспечивает уменьшение выходного напряжения преобразователя 22, что приводит к уменьшению тока инвертора 7 и ограничению нагрева указанных тепловыделяющих элементов на допустимом уровне. Внешние характеристики UЗАР(IЗАР) канала бесконтактной передачи электроэнергии имеют вид, как показано на фиг.2, где кривая 1 соответствует номинальному выходному напряжению U1 преобразователя 21, а кривая 2 - меньшему значению выходного напряжения U2 преобразователя 22. Напряжение UЗАР на фиг. 2 соответствует напряжению на втором конденсаторе 6, а ток IЗАР представляет собой входной ток регулятора 13.

Среднее значение напряжения UЗАР является входным для коммутирующего элемента регулятора 13, выполняющего функцию импульсного регулирования тока заряда аккумуляторной батареи. При номинальном напряжении U1 питания автономного инвертора 7 максимально возможное значение тока заряда равно IЗАР.1=IНОМ. Изменение внешней характеристики канала передачи электроэнергии (фиг. 2, кривая 2) при уменьшении напряжения питания автономного инвертора 7 приводит к уменьшению максимально возможного зарядного тока для этого случая до значения IЗАР.2 по отношению к номинальному значению IЗАР.1=IНОМ, что увеличит время заряда. Но поскольку запас ΔU=UЗАР.02-UНОМ входного напряжения IЗАР регулятора 13 по отношению к номинальному UНОМ напряжению аккумуляторной батареи сохраняется, то и сохраняется возможность полного заряда батареи при ограничении тепловых нагрузок на силовые элементы допустимым уровнем.

На фиг. 3 приведены графики изменения выходного напряжения UП(t) преобразователя 22 и его выходного тока IП(t) (т.е. напряжения питания и входного тока автономного инвертора 7) от времени для различных режимов работы, где обозначено:

t0 - момент подачи питания на силовые ключи автономного инвертора 7 после окончания интервала блокировки сигнала управления за счет действия блока 24 задержки; напряжение на выходе преобразователя 22 возрастает до номинального значения UНОМ. при ограничении его выходного тока (тока заряда первого конденсатора 5) заданным значением IДОП.;

t1 - момент достижения температурой тепловыделяющих элементов автономного инвертора 7 и первичной обмоткой 9 высокочастотного трансформатора допустимых значений; за счет действия обратных связей по температуре с выходов преобразователей 11, 12 температуры на второй и третий входы блока 23 управления преобразователем 22 напряжение на выходе последнего начинает уменьшаться соответствующим образом, чтобы температура указанных тепловыделяющих элементов оставалась в допустимых пределах;

t1…t2 - интервал времени переходного процесса регулирования напряжения преобразователя 22 в функции температуры тепловыделяющих элементов;

t2…t3 - интервал работы устройства при пониженном напряжении питания автономного инвертора 7 в условиях повышенных тепловых нагрузок и ограничении температуры тепловыделяющих элементов допустимым уровнем;

t3 - момент сброса тепловых перегрузок и восстановление выходного напряжения преобразователя 22 на номинальном уровне;

t4…t5 - интервал времени короткого замыкания на выходе преобразователя 22; выходной ток преобразователя 22 ограничен допустимым значением IДОП..

1. Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта, содержащее первый и второй выпрямители, первый и второй конденсаторы, автономный инвертор повышенной частоты и блок управления инвертором, выход блока управления соединен с управляющим входом инвертора, отдельно выполненные первичную и вторичную обмотки трансформатора повышенной частоты, первый и второй измерительные преобразователи температуры, входы которых связаны с тепловыделяющими элементами автономного инвертора и проводом первичной обмотки трансформатора повышенной частоты соответственно, регулятор зарядного тока и блок управления зарядным током, выход которого связан с управляющим входом регулятора зарядного тока, сглаживающий реактор, измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения, выходы которых подключены к входам блока управления зарядным током, при этом входные зажимы первого выпрямителя соединены с судовой электрической сетью, выводы первого конденсатора соединены с входными силовыми зажимами автономного инвертора, к выходным клеммам которого подключена первичная обмотка трансформатора повышенной частоты, а вторичная обмотка этого трансформатора через второй выпрямитель подключена на входы регулятора зарядного тока, параллельно которым подсоединен также второй конденсатор, входные зажимы измерительного преобразователя зарядного тока включены между первым выходным зажимом регулятора зарядного тока и первым выходным зажимом устройства, второй выходной зажим регулятора зарядного тока подключен ко второму выходному зажиму устройства через сглаживающий реактор, между первым и вторым выходными зажимами устройства подключены измерительный преобразователь напряжения и аккумуляторная батарея, расположенная на подводном объекте, причем элементы устройства размещены в трех конструктивных блоках, где в первом конструктивном блоке, устанавливаемом на судне, находится первый выпрямитель напряжения, во втором конструктивном блоке, выполненном с возможностью погружения под воду, помещены первый конденсатор, однофазный автономный инвертор напряжения повышенной частоты с блоком управления инвертором, первый и второй измерительные преобразователи температуры и первичная обмотка трансформатора повышенной частоты, в третьем конструктивном блоке, устанавливаемом на подводном объекте, расположены вторичная обмотка трансформатора повышенной частоты, второй выпрямитель, второй конденсатор, сглаживающий реактор, измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства, а также блок управления зарядным током, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены преобразователь напряжения, блок управления преобразователем напряжения, блок задержки и второй измерительный преобразователь тока, при этом выходные зажимы первого выпрямителя соединены с входными выводами преобразователя напряжения, первый выходной вывод которого подключен на первый входной зажим однофазного автономного инвертора напряжения повышенной частоты непосредственно, а второй выходной вывод соединен со вторым входным зажимом однофазного автономного инвертора повышенной частоты через второй измерительный преобразователь тока, выход которого подключен на первый вход блока управления преобразователем напряжения, выходы первого и второго преобразователя температуры связаны со вторым и третьим входами блока управления преобразователем напряжения, а его выход соединен с управляющим входом преобразователя напряжения через блок задержки, причем преобразователь напряжения, блок управления преобразователем напряжения, блок задержки и второй измерительный преобразователь тока размещены во втором конструктивном блоке.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый выпрямитель выполнен неуправляемым.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводных системах электрических транспортных средств. Техническим результатом является возможность осуществления в сочетании с электромотором выборочного управления скоростью и восстановления заряда аккумулятора в соответствии с выходными параметрами мотора.

Изобретение относится к схемам зарядки батарей электрических транспортных средств. Бортовое зарядное устройство содержит силовой преобразователь напряжения, два последовательно соединенных конденсатора, первичный выпрямитель с входным фильтром и высокочастотный трансформатор.

Изобретение относится к блоку аккумуляторной батареи для присоединения к электрическому инструменту. Техническим результатом является предоставление пользователю функции определения и отображения отклонения от нормы аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к зарядке транспортного средства. Система зарядки транспортного средства содержит зарядное устройство; устройство ввода для указания планируемого времени для окончания зарядки и контроллер управления зарядным устройством.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке высокочастотных источников питания с гальванической развязкой выходного напряжения для транспортных средств с комбинированными энергоустановками.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для зарядки аккумуляторной батареи размещено в трех конструктивных блоках.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение эффективности заряда.

Бортовое зарядное устройство для высоковольтной батареи электрических накопителей энергии относится к электротехнике и может быть использовано для подзаряда батарей электрических накопителей энергии различной природы на транспорте и в энергетике.

Область использования: при разработке высококачественных зарядных устройств и источников питания с гальванической развязкой выходного напряжения. Сущность изобретения: за счет введения в устройство третьего реле 21, сетевого активного фильтра 22 и двух групп вторичных обмоток у трансформаторно-выпрямительного каскада 7 в устройстве обеспечивается технический результат - расширение функциональных свойств благодаря возможности использования его как для заряда тяговой аккумуляторной батареи, так и для питания двенадцативольтового электрооборудования электромобиля (фары, стеклоочиститель и т.п.) и подзарядки автомобильной (12 В) аккумуляторной батареи, а также повышение энергетических показателей за счет потребления электрической энергии из сети с коэффициентом мощности, близким к единице.

Иерархическая система управления батареей электрических накопителей энергии относится к области электротехники и может быть использована при создании высоковольтных батарей электрических накопителей энергии для нужд транспорта и энергетики.
Наверх