Устройство для питания нагрузки постоянным током

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Феюз Советских

Социалистических

Ресиублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.08.76 (21) 2391816124-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 28.02.79. Бюллетень № 8 (45) Дата опубликования описания 30.01.79 (51) М Кч 2

H 02J 7/34

Государстееиный комитет ле долам изооретеиий и открытий (53) УДК 621.355.1 (088.8) (72) Автор изобретения

А. Г. Николаев (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ

ПОСТОЯННЪ|М ТОКОМ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к питанию нагрузки постоянным током от аккумуляторной батареи и трехфазного выпрямителя, преобразующего переменный ток трехфазного источника, на- 5 пример, трансформатора.

Известны устройства для питания нагрузки постоянным током, содержащие батарею химических источников тока и выпрямитель. Батарея в таких системах питания lo подключается к выходным клеммам выпрямителя, вентили которого образуют катодную и анодную лучевые группы. Если вентилями катодной группы служат тиристоры, то выпрямитель не только преобразует пе- 15 ременный ток источника в постоянный, но и регулируя его среднее значение, обеспечивает требуемый режим заряда (подзаряда) батареи. Управление тиристорами выпрямителя осуществляет блок контроля напряжения и управления вентилями. Система электроснабжения, выполненная по такой схеме, проста, однако она характеризуется относительно невысокими удельными энергетическими показателями и низким качеством напряжения, которое изменяется в значительном диапазоне (1).

Известно также устройство с двухсекционной батареей, которое обеспечивает питание нагрузки напряжением секций и бата- 30 реи в целом. Заряд секций этой батареи осуществляется от трехфазного источника, обмотки которого соединены в звезду с нейтралью, причем лучи звезды связаны с входными клеммами мостового вырямителя, а нейтраль через диод подключена к средней точке батареи. Батарея в целом заряжается от мостового двухполуперподного выпрямителя, а одна из ее секций — от однополупериодного выпрямителя. Напряжение на нагрузке в такой системе питания также изменяется в широком пределе, т. е. качество напряжения низко (21.

В известных устройствах для питания нагрузки выпрямленным током трехфазного источника для уменьшения пульсаций выходного напряжения используют схемы преобразования трехфазного тока в шестифазный, в результате чего напряжение íа нагрузке за период изменяется по огибающей шести положительных полуволн, а пульсации напряжения не превышают 13% от его амплитудного значения. Значительно лучшие удельные энергетические показатели имеют выпрямитель по комбинированной схеме с так называемой уравнительной катушкой Кюблера, ток в нагрузке которого суммируется от двух трехфазных выпрямителей, работающих параллельно. Все эти устройства прекращают питание нагрузки

ü 50160

25 зо

65 при исчезновении напряжения на выходе источника переменного тока. Для обеспечения непрерывного питания нагрузки в устройства вводят батареи химических источников тока, подключаемые к выходу выпрямителя. Зти батареи, являющиеся резервпым (аварийным) источником, уменьшая пульсации выпрямленного тока, улучшают качество выходного напряжения выпрямителя (3).

Известно также устройство с двухсекционной батареей, обеспечивающее высокое качество напряжения на нагрузке, подключенной через диод к основной секции батареи и через тиристор к батарее в цслом.

При таком питании нагрузки, обеспечивая ее высокие удельные энергетические показатели и малые колебания напряжения на выходе устройства, заряд секций батареи сопряжен с рядом трудностей, так как напряжение вольтодобавочной секции батареи значительно меньше напряжения ее основной секции и выпрямитель должен иметь на своем выходе напряжения, пропорциональныс наряжениям секций и батареи в целом. Известные выпрямители на три выходных напряжения отличаются сравнительно сложной схемой, содержат не менее 7 вентилей, как правило, характеризуются сравнительно низкими удельными энергетическими показателями (4).

Целью изобретения является улучшение удельных энергетических показателей.

Для этого в устройстве для питания нагрузки постоянным током, содер>кащем батарею химических источников тока, выполненную в виде двух соединенных последовательно основной и вольтодобавочной секций аккумуляторов т-фазный источник переменного тока, например, трансформатор, и мостовой диодно-тиристорный выпрямитель, диоды которого образуют катодную, тиристоры — анодную лучевые группы, а клеммы выходной диагонали подключены к клеммам батареи, и блок контроля напряжения и управления тиристорами, обмотки каждой из фаз источника переменного тока выполнены секционированными и соединены в две лучевые звезды с нейтралями, которые подключены к точке соединения основной и вольтодобавочной секций батареи, при этом нейтраль одной лучевой звезды образована началами, а другой †конца обмоток упомянутых секций и лучи одной звезды подключены к анодам тиристоров, а другой— к катодам диодов.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 — вариант предлагаемой схемы; на фиг. 3 — (а, б, в) — графики напряжений.

Устройство состоит из трехфазных обмоток 1, 2 и 3 трехфазного источника (трансформатора) переменного тока, которые через мостовой диодно-тиристорный выпрямитель 4 нагружены на батарею химических источников ока — аккумуляторную батарею 5. Батарея выполнена из двух соединенных последовательно согласно секций 6 и 7, которые выполняют соответственно функции основного и вольтодобавочного источников. Сопротивление нагрузки 8 подключено к основному источнику 6 через диод 9, а к полной батарее 5 — через тиристор 10 (выключение тиристора 10 осуществляется любой известной схемой). Напряжение секций 6, 7 батареи и фаз 1, 2, 3 источника контролируст блок 11 контроля напряжения и управления тиристорами 12, 13 и 14, образующими анодную лучевую группу вентилей выпрямителя 4. Катодную лучевую группу вентилей выпрямителя образуют диоды 15, 16 и 17.

Одноименнополярные выводы обмоток 1, 2, 3, например начала, подключены к катодам диодов 15, 16, 17, а их другие выводыконцы — к анодам тиристоров 12 — 14. Кроме того, эти обмотки снабжены отводами от части витков, и их отводы соединены друг с другом и подключены к точке соединения основной и вольтодобавочной секций батареи 5.

Соединение вывода батареи с отводами обмоток, образующих две трехлучевые звезды, обеспечивает выпрямленис переменного тока источника с помощью трех трехфазных выпрямителей. Первый выпрямитель заряжает постоянно основную секцию 6 батареи, второй — вольтодобавочную секцию — через открытые тиристоры 12 — 14, а третий — обе секции одновременно.

Так как напряжение вольтодобавочной секции часто бывает меньше напряжения основной секции, отводами от витков фазных обмоток можно легко устанавливать требуемое соотношение напря>кений выпрямителей устройства, что позволяет достаточно просто осуществлять питание нагрузки от основной и вольтодобавочной секций батареи и производить их подзаряд от трехфазного источника через выпрямитель 4.

При этом мощность источника переменного тока используется достаточно полно и устройство в целом характеризуется весьма высокими энергетическими показателями.

Если обмотки каждой фазы выполнить из двух секций и объединить в две лучевые звезды с нейтралями, одна из которых ооразована началами обмоток секции (на фиг. 2 начала отмечены точкой), а другая нейтраль образована концами, и лучи первой звезды подключить к анодам тиристоров 12 — 14, а второй — к катодам диодов

15 — 17, напряжения этих звезд суммируются геометрически и частота пульсаций на выходе выпрямителя, заряжающего батарею, в два раза превышает частоту пульсаций каждого из выпрямителей, заряжающих секции этой батареи.

При рассмотрении работы устройства б)дем считать, что в момент времени, равный

650160 нулю, мгновенное значение напряжения в

1 фазе равно нулю, а напряжения 2 и 3 фаз сдвинуты соответственно на 120 и 240 .

Диаграммы (фиг. Зв) иллюстрируют изменение напряжения на выходе выпрямителей (по схеме фиг. 1 и фиг. 2) при открытых тиристорах 12 — 14.

Из диаграммы видно, что напряжение в течение 60" увеличивается от величины, равной 0,5 амплитудного значения напряжения соответствующей обмотки, до его максимальной величины, равной единице, а затем в течение 60 уменьшается. Вначале ток в нагрузку протекает от 1 фазы источника, затем 2, 3, 1 и т. д. На диаграмме (фиг. Зв) показано изменение мгновенных значений напряжения диодного выпрямителя (по схеме фиг. 2), где напряжения в этой звезде находятся в противофазе с первой звездой и вначале ток в нагрузку проводит

2 фаза, затем 3, 1 и т. д.

Диодный и тиристорный выпрямитель (заряжающие основную и вольтодобавочную секции) соединены последовательно-согласно и переменные напряжения в их фазных обмотках сдвинуты на 180 относительно друг друга, а выпрямленное напряжение диодно-тиристорного моста представляет собой геометрическую сумму диодного и тиристорного выпрямителей соответственно. Это напряжение (на фиг. Зб показано пунктиром выше сплошной кривой тиристорного выпрямителя) имеет частоту пульсации в

2 раза превышающую частоту пульсации диодного и тиристорного выпрямителей и прикладывается к батарее 5 в целом, причем напряжение анодно-тиристорного выпрямителя достигает максимума тогда, когда напряжения на выходе диодного и тиристорного выпрямителей соответственно равны 0,87 их амплитудных значений, а максимумы напряжений диодного и тиристорного выпрямителя соответственно совпадают по времени с минимумом диодно-тиристорного выпрямителя. Это, повышая частоту пульсаций на секциях и батарее в целом, снижает пульсации напряжения на нагрузке, в результате чего качество этого напряжения повышается.

Таким образом, когда мощность в нагрузке невелика, она питается от основной секции 6 и диодного выпрямителя. Если эта мощность резко возрастает, открытием ти5

Зо

50 ристора 10 напряжение батареи повышается, и в работу вступает диодно-тиристорный выпрямитель 4. При снижении мощности в нагрузке вначале выключается тиристор

10, а после восполнения емкости, израсходованной секцией 7 батареи, тиристоры 12—

14 запираются и устройство готово к следующему увеличению мощности в нагрузке.

Такое питание нагрузки обеспечивает высокие качества напряжения и удельные энергетические показатели устройства в целом при весьма простой схеме выпрямления переменного тока источника, выпрямитель с тремя выходными напряжениями, в котором содержит всего шесть вентилей.

Формула изобретения

Устройство для питания нагрузки постоянным током, содержащее батарею химических источников тока, выполненную в виде двух соединенных последовательно основной и вольтодобавочной секций аккумуляторов, т-фазный источник переменного тока, например, трансформатор, и мостовой диодно-тиристорный выпрямитель, диоды которого образуют катодную, тиристоры — анодную лучевые группы, а клеммы выходной диагонали подключены к клеммам батареи, и блок контроля напряжения и управления тиристорами, отл и ч а ю ще ес я тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей, обмотки каждой из фаз источника переменного тока выполнены секционированными и соединены в две лучевые звезды с нейтралями, которые подключены к точке соединения основной и вольтодобавочной секций батареи, при этом нейтраль одной лучсвой звезды образована началами, а другой — концами обмоток упомянутых секций и лучи одной звезды подключены к анодам тиристоров, а другой— к катодам диодов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СССР № 290611, кл. Н 021

7/14, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

М 458953, кл. Н 021 7/34, 1975.

3. Богословский А. С. Силовые полупроводниковые выпрямители, М., 1965, с. 27—

30, рис. 10.

4. Авторское свидетельство СССР № 500560, кл. Н 01М 10/44, 1976.

650160 фиг 1

Уиг Z

Фиг 3

Редактор Ю, Челюканов

Заказ 2715/1 Изд. № 160 Тираж 865 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель И. Иайдина

Техред Н. Строганова

Корректоры: Е. Хмелева н И. Позняковская