Устройство для питания нагрузки постоянным током

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскня

Соцнвпнстнческни

Республик с присоединением заявки ¹ (23) Приорйтет

H 02 J 7/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 150780.Бюллетень ¹ 26 (53} УДК621. 3SS. . 1 (088. 8) Дата опубликования описания 180780 (72) Авторы изобретения

Н.С. Перфильев н В.A. Федоров (73) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ

ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ напряжения источника гасится на балластных резисторах $1) .

Однако этот способ неэкономнчен и поэтому не всегда"мбжет быть применен на транспортных средствах, где невозможно применение источников питания с достаточно большой мощностью.

В другом известном решении предусмотрено включение. щелочной када.нйникелевой батареи параллельно свинцо-, вой аккумуляторной батарее (с одинаковыми номинальными напряжениями) при работе на нагрузку и отключение щелочной батареи от нагрузки с по-. мощью переключающего устройства при ее заряде от генератора постоянного тока 2,) .

Это решение имеет также недостаток — не обеспечивается нормальный заряд щелочной кадмий-никелевой батареи, так как генератор постоянного тока, согласованный по напряжению с нагрузкой и со свинцовой батареей по номиналам, не может обеспечить необходимого превышения, напряжения при заряде щелочной батареи и, следовательно, не обеспечивает восстановление потерянной емкости. Кроме этого, из-за того, что не обеспечивается

Изобретение относится к системам электроснабжения потребителей, энергии постоянного тока, устанавливаемых преимущественно на транспортных и мобильных средствах.

При создании устройств для обеспечения буферной работы генераторов постоянного тока со щелочными батареями на общую нагрузку встречаются трудности при согласовании их по-номиналам напряжений между собой и с нагрузкой вследствие особенностей щелочных батарей, требующих при заряде значительно большего превышения зарядного напряжения относительно mR номинального значения по сравнению со, свинцовыми

Известен метод, который предполагает согласование напряжйния источии-2О ка питания с требуемым напряжением зарядки аккумуляторов путем переключения отдельных групп аккумуляторных батарей с последовательного соедннения (имеющего место при работе бата- g$ реи на нагрузку) на параллельное соединение групп (например, в две одинаковые параллельные группы) прн зарядке аккумуляторных, батарей от источника постоянного тока, когда часть З)3 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 150678 (21) 2627933/24-07 (5(}hh. Кл.

748660 необходимое превышение напряжения при заряде, заряд ведется малйми токами-, а это в случае применения щелочных батарей приводит в процессе эксплуатации к постепенному уменьшению емкости батареи и к ее систематическому недозаряду, что может вывести батарею из строя.

В ряде технических решений применяют в системе два. источника постоянного тока, при этом один источник используется для работы на нагрузку, а другой для заряда аккумуляторной ба тареи с соответствующим устройством переключения режима работы системы.

При таком решении имеется полная возможность согласовать по напряжениям режим работы rèñòåìû на нагрузку и режим заряда батарей, обеспечив при этом соответствующее оптимальное пре вышение напряжения при заряде бата-реи 31 и 41 .

Недостатком указанного технического решения является необходимость включения в схему двух источников постоянного тока r разными номиналь ными напряжениями, что усложняет систему и увеличивает вес устройства. В результате это является препятствием применения такой системы на транспортных средствах, где из-за ограничений по весу и габаритам применяются источники тока ограниченной мощности

Известны устройства, в которых пре дусмбтрено регулирование зарядного тока аккумуляторной батареи путем из.. менения зарядного напряжения с применением обратной связи по току илч по напряжению f5) и 6) .

Недостатком этих устройств является то, что необходим источник тока с большим номинальным напряжением, значительно превышающим номинальное напряжение батареи и нагрузки, при этом ."излишнее напряжейие гасится и мощность бесполезно рассеивается на схемах с регулируемым транзистором, вклю ченным в цепь заряда батареи. Из-за указанных недостатком эти схемы не могут быть применены в системе с источником ограниченной мощности.

ИзвестнЫ схемы, где применяется вольтодобавочный источник тока при заряде батареи, он отключается при работе батареи на нагрузку 71, Недостатком этой схемы является отсутствие стабилизирующей связи по тсф у заряда батареи, вследствие чего невозможно обеспечить оптимальный режим заряда батареи и повысить экономичность использования мощности источника постоянного тока. Кроме этого, требуется дополнительный вольтодобавочный исто гник..

Наиболее б:;":.зкнм к изоб етению по техничесхс-й сущности является устр6йство, содержащее исто .ник постоянного тока, н..-грузку, аккумуляторную батарею, вольтодобавочныЦ преобразователь с питанием от источника постоянного тока с трансформаторным выходом, имеющим несколько отводов витков, включаемый последовательíî с источником тока при заряде батареи, мостовой выпрямитель, блок контроля напряжения и управляющие семисторы.

Такое включение в схему вольтодобавочного преобразователя позволяет испольэовать устройство для работы. в системе с применением источника ограниченной мощности 81.

Однако существенными недостатками указанного устройства является то, что при дискретном переключении витков трансформатора вольтодобавочного преобразователя в зависимости от величины зарядного напряжения не исключены значительные броски тока в начальном периоде заряда батареи, и то, 20 что из-за особенностей зарядной характеристики щелочной аккумуляторной батареи имеется практически нерегулируемый по напряжению период в работе устройства в течение второй половины цикла заряда.Это происходит из-за того, что напряжение на щелочной аккумуляторной батарее после передачи ей в процессе заряда 50-60% необходймых ампер-часов практически перестает возрастать за счет увеличения ее степени заряженности и зарядный ток перестает стабилизироваться этим устройством и постепенно уменьшается и далее заряд ведется малыми токами. Снижение зарядного тока неблагоприятно сказывается на емкости, которую может воспринимать и отдавать щелочной аккумулятор, кроме того, в этом случае значительно увеличивается времй заряда. В период эксплуата4О ции наиболее оптимальным является режим заряда при неизменном нормальном зарядном токе. В этом случае не происходит снижения емкости аккуму- лятора в процессе эксплуатации. Кроме этого, величина зарядного напряжения сильйо зависит от температуры электролита и для того, чтобы при этом обеспечить поддержание величины зарядного тока в заданных пределах, необходимо ввести коррекцию по температуре электролита. Осуществить такую коррекцию техническй сложно.

В этом устройстве также не обеспечивается автоматическое согласование по номиналам напряжений источника постоянного тока и нагрузки при рабо е в буферном режиме, так как на нагрузку подается .напряжение, величина которого выше номинального зиачения напряжения источника тока.. фЯ Цель изобретения — устранение отмеченных недостатков, т.е. улучшение условий эксплуатации устройства.

Для достижения указанной цели в устройстве, содержащем источник по65 стоянного тока, аккумуляторную бата 5

748660

15

20 преобразователя напряжения, а замыкающие контакты реле включены в цепь питания этого преобразователя, и диод, включенный последовательно в плюсовую шину источника постоянного тока. При этом вольтодобавочный преобразователь выполнен с фазоимпульс- 30 ным управлением величиной выходного напряжения на двух синхронизирован- ных мультивибраторах с мостовым усилителем мощности и с фазосдвигающим синхрониэирующим магнитным усилителем, управляющая обмотка которого подключена к среднему выводу потенциометра управления и к точке соединения шунта с плюсовым выводом акку- муляторной батареи, а обмотка смеще- Щ ния магнитного усилителя подключена к среднему выводу:потенцибметра, смещения и к общей точке соединения потенциометров,стабилитрона и резистора. 45

На чертеже приведена электрическая схема устройства для питания нагрузки постоянным током.

60 рею, нагрузку, вольтодобавочный преобразователь напряжения, подключенный своим входом на клеммы источника постоянного тока, а выходом включенный в качестве вольтодобавки последовательно с источником постоянного тока в цепь заряда аккумуляторной батареи, осуществлена отрицательная. обратная связь по току заряда, для чего в устройство введены шунт, установленный последовательно в .цепь заряда аккумуляторной батареи, два делителя напряжения, состоящие из двух потенциометров и параллельно им включенного стабилитрона и через общий резистор подключенных к минусовой шине устройства, другая общая точка потенциометров и стабилитрона подключена к точке соединения шунта с плюсовым выводом вольтодобавочного преобразователя. Кроме этого, введено реле напряжения, подключенное на клеммы источника постоянного тока, размыкающие контакты реле включены параллельно выходу вольтодобавочного

Схема содержит источник 1 постоянного тока (например, генератор), нагрузку 2, включенную параллельно источнику тока, щелочную кадмий-никелевую аккумуляторную батарею 3, подключаемую на нагрузку при понижении (или отсутствии) напряжения генератора, вольтодобавочный преобразователь 4 напряжения, выход которого включается последовательно с источником 1 постоянного тока в качестве вольтодобавочного источника тока при заряде аккумуляторной батареи, реле 5 напряжения, переключающее режим работы системы (работы на нагрузку — заряд батареи), диод 6, используемый в качестве элемента развязки источников питания, шунт 7, используемый в качестве датчика тока отрицательной обратной связи по току заряда, потенциометр 8 управления, потенциометр 9 смещения, стабилитрон

10 и резистор 11.

5 Схема работает следующйм образом.

При нормальной работе источник 1 постоянного тока подключен через диод 6 на нагрузку 2 и последовательно с выходом вольтодобавочного преобразователя 4 на заряд аккумулятор-, ной.батареи 3. Реле 5 напряжения подключено на клеммы генератора. Напряжейие от источника 1 постоянного тока подается на вход вольтодобавочного преобразователя 4 через замыкающие контакты реле 5. Размыкающие контакты реле .5 напряжения подключают аккумуляторную батарею 3 к нагрузке 2 при переключении батареи с заряда в работу на нагрузку.

При отключении источника 1 тока или при снижении на его клеммах напряжения ниже допустимого предела реле 5 обесточивается и своим замыкающим контактом размыкает цепь питания вольтодобавочного преобразователя напряжения, а своим раэмыкающим контактом подключает аккумуляторную батарею на нагрузку.

При повышении напряжения источника 1 постоянного тока реле 5 срабатывает и нагрузка автоматически переключается на питание от источника постоянного тока, при этом автоматически восстанавливается цепь заряда батареи.

В процессе заряда батареи 3 величина тока, протеакающего через шунт 7, автоматически поддерживается постоянной за счет подачи управляющего напряжения отрицательной обратной связи с шунта 7 и со среднего вывода потенциометра. 8 управления на управляющую обмотку магнитного усилителя преобразователя 4, выходное напряжение которого изменяется в зависимости от изменения сигнала обратной связи.

С помощью потенциаометра 9 смещения задается необходимый режим работы магнитного усилителя вольтодобавочного преобразователя 4, в котором реализовано фазоимпульсное управление величиной выходного напряжения.

Преобразователь выполнен по схеме трехкаскадного усилителя.

Входной каскад — фазосдвигающий ,:управляющий магнитный усилитель — преобразует управляющий сигнал в изме нение угла насыщения сердечника магнитного усилителя.

В промежуточном каскаде, выполненном на двух синхронизированных мультивибраторах, формируются импульсы прямоугольной формы с регулируемой скважностью, которая определяет сред5 нее значение напряжения в выходном

748660 каскаде, представляющим собой мостовой усилитель мощности. Мультивибраторы рабоТают сийхроййо и сб Сдвйгсм во времени. Синхронизация работы мультивибраторов осуществляется через рабочую обмотку магнитйогб уеклителя.. 5

Момент насйщенйя . мЬЖЙтного" усилйтеля определяется величиной сигнала обратной связи.

Большой коэффйциент усиления преобразователя по мощности (10 -)0 ) обеспечйвает высокую стабильнбсть ве лйчинй зарядного тока в течение всего

Ййкла заряда.

Стабилитрон 10 поддерживает по стоянным напряжение на потенциометре

8 управления и на потенциометре 9 смещения и, тем самым, обеспечивает высокую стабильность задающего и опорно..о напряжений, подаваемых на управляющие обмотки магнитного усилителя, чем достигается необходимая точность поддержания величины зарядного тока.

Резистор 11 используется в Схеме в качестве элемента делителя напря25 жения.

Таким образом, введение в схему плавной регулировки напряжения нольтодобавочного преобразователя в за" ""BHcHMocTH от изменения величины за-рядного тока позволяет повысить сте- ЗО

"пень полеэного использования источнйка постоянного тока, улучшить условия эксплуатации устройства и аккумуляторных батарей и уменьшить потери емкости батареи в процессе экс- 35 плуатации путем создания оптимальных условий зарядного режима батареи.

Фсрмуча изобретения

Устройство для гплтания нагрузки пбстоянным током, содержащее две выходные клеммы, аккумуляторную батарею, источник постоянного тока, воль- 45 тодобавочный преобразователь напряжения с обратной связью и с выпрямителем на выходе, включенный последова" " тельно с источником постоянного тока . в цепь заряда аккумуляторной батареи, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения условий эксплуатации устройства, в него введены шунт включенньй в цепь заряда аккумуляторной батареи, подключенные к точке соединения шунта с плюсовым выводом вольтодобавочного преобразователя два делителя напряжения, состоящие из соединеннЫх параллельно Со стабилитроном двух потенциометров и по-:

"ледовательйб с ним соединенного общего резистора, подключенного другим выводом к минусовому выводу батареи, реле напряжения, подключенное к источнику постоянного тока, размыкающие контакты которого включены параллельно вкоду вольтодобавочного преобразователя напряжения, а замыкающие контакты — в цепь питания это= го преобразователя, и диод, подключенный одним выводом к плюсовому выводу источника постоянного тока, а другим к выходной клемме, соединенной с минусовым выводом вольтодобавочного преобразователя, при этом последний выполнен с фаэоимпульсным управлением величиной выходного напряжения "на двух синхронизированных мультивибраторах с мостовым усилителем мощности и с фазосдвигающим синхронизирующим магнитным усилителем, управляющая обмотка которого подключена К среднему выводу одного потенциометра и к точке соединения шунта

c йлюсовйм выводом аккумуляторной батареи, а обмотка смещения — к среднему выводу другого потенциометра и к общей точке соединения потенциометров, стабилитрона и резистора.

Нсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Техническое описание "Батарея аккумуляторная 5НКТБ-80", 173.576.601-Т0, 1972.

2. Патент СССР Р 291536, кл. Н 02 3 7/00, 1966.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 417871, кл. Н 02 Х 7/34, 1966.

4. Патент ФРГ Р 1243766, кл. 21 с 42/02, 1973.

5. Патент Японии Р 49-3177, кл. 57 D 1, 1974.

6. Патент Йвейцарии Р 572678, кл. Н 02 Г 7/34, 1976.

7. Патейт ФРГ Р 1160933, кл. 21 с,51/01, 1969.

8. Авторское свидетельство СССР

Р 525936, кл. Н 02 Х 7/00, 1976.

748660 !

1 ! !

1 !

Составитель И. Найдина

Редактор С. Лыжова .Техред Я Бирчак Корректор И. Хуста

Заказ 4379/17 Тираж 783 . Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

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