Устройство для питания нагрузки постоянным током

 

Союз Советски к

Социалистическик ре уб

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1690589 (61) Дополнительное к авт. свкд-ву (22) Заявлеио19.02.73 (2t) 1883387/24-07 с присоединением заявки М 2472 731/07 (23) Приоритет

Опубликовано 05.10.79, Бюллетень М 37

Дата опубликования описания 10.10.79 (5t)N. Кл.

Н 02 7/34

Гввудврстввиню батат

СССР вв делам взвбрвтввкй к аткрытай (53 2 УД К 6 2 1, 355.

° 1 (088.8) (72) Автор изобретения

E. В. Нилов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ ПОСТОЯННЫМ

ТОКОМ

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к устройствам электро питания с буферным режимом работы источников тока. Областью специального применения изобретения являются авто3 матические средства, схемы которых поотроены на полупроводниковых приборах (например, радиотехнические и светотехнические средства навигационного оборудования морей).

Известно устройство для питания нагрузки, содержащее двухсекционную буферную аккумуляторную батарею с выводом средней точки, источник переменного тока, двухполупериодный мостовой выпря!

5 митель и регулятор тока, причем нагрузка в этом устройстве подключена параллельно источнику и батарее $1).

Наложение на постоянную составлйющую напряжения источника постоянного тока (накопителя) переменной составляющей выпрямленного напряжения в извест

:ных буферных устройствах питания вызывает необходимость сглаживания вредной для нагрузки пульсацйи напряже ния при сомоши фильтров отличвювюхск cllolKвестью схемы 2).

Иевестио текые устройство, которое содержит однофазный трансформатор, asyx«« полупериодный выпрямитель, накопитель в виде батареи гальванических элементов, разделенный на две секции, стабилитрон к нагрузку, включенные параллельно батарее(3).

Однако это устройство не решает проблем, связанных с обеспечением высококачественным и бесперебойным постоянным током нагрузок автоматических объек- тов, питаемых от сети, подверженной значительным колебаниям напряжения (+ 20% от номинала и более) и переры» вам в энергоснабжении. Эттт проблемы заключаются в том, чтобы, во-первых, на нагрузке не было никаких пульсаций при любых колебаниях напряжения в cern переменного тока и, ъо-вторых, накопитель (аварийный источник тока) должен при перерыве напряжения в сети переменного, 690589 тока отдавать в нагрузку достаточное количество запасенной в нем энергии постоянного тока и восстанавливать израсходованную энергию, когда вновь появится напряжение в сети переменного тока, причем без помощи обслуживающего персонала. Поэтому в зависимости от возможных продолжительностей и частоты перерывов в электропитании от.сети выбирается емкость накопителя (аккумуляторов или 10 гальванических элементов), обеспечивающего заданный срок автономной работы аппаратуры. Однако через определенный промежуток времени, в зависимости от типа накопителя при известных схемах буферного питания нагрузки постоянным

: током, источник постоянного тока нуждается в зарядном цикле для восстановления его дальней1шей работоспособности.

В случае использования гальванических 2о элементов, работающих в режимах подзаряда, как это сделано в прототипе проведение зарядных восстановительных циклов может не требоваться, если напряжение буферного выпрямителя будет доста- 25 точным. Экспериментальные данные показывают, что при подэаряде, например, марганцево-цинковых гальванических элементов их напряжение может изменяться в 2 раза. Очевидно, если решать пробле- ЗО му эффективного использования энергии гальванических элементов, буферный выпрямитель должен иметь напряжение, превышающее в 2 раза конечное напряжение батареи элементов. Но тогда снижается 35 роль фильтра, которую гальванические элементы выполняют, так как по мере их разряда величина переменной составляющей напряжения, превышающей постоянную составляющую на нагрузке увеличи- 4О вается, этому же способствует инерыия электрохимических реакыий, происходящих внутри гальванических элементов в процессе периодических зарядов и разрядов.

Если же решатЬ задачу сглаживания пуль-4> саций напряжения с помощью буферной батареи гальванических элементов, то амплитуда пульсирующего напряжения выпрямителя не должна превышать постоянную составляющую напряжения батареи при любых колебаниях напряжения в сети. переменного тока и степени ее раэряженности. Вполне понятно, что эффективность использовании накопителя в этом случае снижается, а автономность действия устройства уменьшается.

Таким образом, ни одно из существующих устройств буферного питания нагрузки постоянным током не может одновременно решать задачу исключения пульсаций напряжения на нагрузке беэ применения спеыиального сглаживающего фильтра и увеличить автономность действия.

Белью изобретения являются исключение пульсаций напряжения на нагрузке и увеличение автономности действия.

С этой целью в устройство введено: два дополнительных диода и два транзистора, причем одни однополярные выводы аккумуляторных батарей подключены к одной выходной клемме, эмиттерно-коллекторные переходы транзисторов соединяют другую выходную клемму с двумя другими однополярными выводами батарей, а базы этих транзисторов соединены с соответстующими коллекторами через резистор, шунтированный цепью, состоящей иэ встречно включенных дополнительного диода и диода выпрямителя и вторичной обмотки трансформатора, и через стабилитрон с одной выходной клеммой.

На чертеже показано предлагаемое устройство, приныипиальная электрическая схема.

Устройство буферного питания нагрузки постоянным током содержит однофазный трансформатор 1, вторичная обмотка которого имеет выводы 2-3, двухполупериодный выпрямитель 4 на диодах 5-8 с общим 9 и раздельными 10-11 выводами накопителей 12-13, (аккумуляторы или гальванические элементы), транзисторы

14-15, резисторы 16 -17, стабилитроны

18-19, диоды 20-21 и нагрузку 22.

Работа устройства происходит следующим образом.

При наличии напряжения в сети, к которой подключен трансформатор 1, напряжение переменного тока снимается с выводов 2, 3 и, выпрямляясь в выпрямителе

4 посредством диодов 5-8, подводится к накопителям 12, 13 через общий полюс

9 и раздельные полюса 10, 11 выпрямителя 4, s результате чего в накопителях

12, 13 течет зарядный ток, а именно в одну полуволну переменного напряженияот вывода 2 трансформатора 1 через диод 7, общий полюс 9, накопитель 12, раздельный полюс 10, диод 5 к выводу

3 и в другую полуволну - от вывода 3, через диод 6,общий полюс 9, накопитель

13, раздельный полюс 11, диод 8 к выводу 2 трансформатора 1. Нагрузка 22 соединена одним выводом с общим полюсом 9 непосредственно и с раздельными одноименными полюсами 10, 11 через

6905

Устройство для питания нагрузки постоянным током, содержащее две выходные клеммы, источник переменного тока, однофазный трансформатор, вторичная обмотка которого соединена через двухполупериодный выпрямитель с двумя акку% муляторными батареями, стабилитроны и резисторы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью исключения пульсаций напряжения на нагрузке и увеличения автономности действия, в него введены два дополнительных диода и два транзистора, причем одни однополярные выводы аккумуляторных батарей подключены к одной выходной клемме, эмиттерно-коллекторные переходы транзисторов соединяют другую выходную клемму с двумя друт ими однополярными выводами батарей, а базы этих транзисторов соединены с соотетствующими коллекторами через резистор, шунтированный цепью, состоящей из встречно включенных дополнительного диода и диода выпрямителя и вторичной обмотки трансформатора, и через стабилитрон, с одной выходной клеммой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 470002, кл. Н 02 T 7/34, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 329640, кл. Н 02 М 7/20, 1972.

3. Фельдман А. Б. и др. Электропитание устройств связи на железнодорожном транспорте, Транспорт, 1962, с. 91. транзисторы 14, 15 другим своим выво дом. Транзисторы 14, 15 работая в режиме регулируемого клю.ча, открыты базовыми токами, текущими через резисторы 16, 17 и регулируемыми стабилитро- 5 нами 18, 19 соответственно, а закрываются с помощью диодов 20, 21, работающих в противофазе. В один полупериод, когда заряжается накопитель 13, запирающий потенциал (в данной схеме положи- 10 тельный) через диод 20 оказывается на базе транзистора 15 и последний работает в режиме отсечки (эакрыт). При етом нагрузка 22 получает питание постоянного непульсирующего тока от накопи= теля 12, который в это время заряда не получает и отдает энергию в.нагрузку через транзистор 14. В другой полупериод, когда заряжается накопитель 12, запирающий потенциал оказывается приложенным к базе транзистора 14 через диод 21, а нагрузка 22 питается через транзистор 15 от накопителя 13. Далее работа схемы происходит аналогично описанному до тех пор, пока в сети перемен- 5 ного тока есть напряжение. Ввиду того, что при работе схемы происходит развязка по времени заряда и разряда каждого иэ накопителей, то нагрузка 22 всегда питается только от накопителей 12, 1 3

Зо при блокированном напряжении выпрямителя 4, а переменная составляющая напряжения в нагрузке отсутствует. Некоторые изменения постоянной составляющей напряжения на нагрузке 22, возможные за счет различий в состоянии накопителей

12-13 устраняются действием стабилитронов 18-19, регулирующих базовый ток транзисторов 14-15, При отсутствии

40 напряжения в сети переменного тока накопители 12-13 питают, нагрузку 22 од новременно, так как транзисторы 14-15 в этом случае открыты. При появлении напряжения в сети переменного тока во45 зобновляется работа накопителей 12-13 в режимах микрозарядов и микроразрядов", чередующихся с частотой напряжения сети переменного тока, в результате чего постепенно восстанавливается

50 запас энергии в накопителях, которую они отдали h нагрузку при отсутствии напряжения в сети или при значительном его падении (до 20% и более ). Такой режим благоприятно отражается на гальванических

55 элементах, используемых в качестве накопителей, повышая эффективность их использования. На чертеже применены транзисторы прямой проводимости (типа

89 6

p- n -p ). Chmzo работа устройства бужт аналогичной при использовании транзисторов обратной проводимости (типа

"И -р- n )), только в этом случае аноды и катоды всех диодов, стабилитронов и накопителей следует поменять местами.

Использование предлагаемого устройства на автоматических обьектах (например, в автоматических средствах навигационного оборудования морей), питающихся от неустойчивой сети переменного тока, позволит упростить аппаратуру, эа счет исключения сложных сглаживающих фильтров, и увеличить периодичность обслуживания, так как не потребуются периодические зарядные циклы для накопителей, энергоемкость которых возрастает, особенно когда применяются гальванические элементы. Все это вместе способствует сокращению расходов на зксплуата = цию автоматических средств.

Фо рмула изобретения

69058 9

Составитель И, Найдина

Редактор Ю. Челюканов Техред М. Петко Корректор Г. Решетник.

Заказ 5978/51 Тираж 857 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иеобретений и открытий

11303S, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/S

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4