Устройство для питания нагрузки

 

Союз Соеетскня

Социалистическия

Ресттублик о»748730 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 030578 (21) 2611291/24-07 (51)М. Кл.

Н 02 М 7/06 с присоединением эаявии Йо

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15,0780. Бюллетень 1 (о 26

Датаопубликованияописания 150 80

РЗ) УДК,621. 314..632(088.8) 1 (72) Авторы изобретения

А.Г. Нисолаев, A.È. Борисов, О.Г. Потанин и В.К. Быстров (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ

1

Изобретение относится к электротехнике и преимущественно может быть .использовано для питания нагрузки выпрямленным током, номинальное на- пряжение которой более: чем в пять 5 раз превышает амплитудное значение напряжения источника переменного ,тока.

Известен выпрямитель (1) с удвоением напряжения, который позволяет . 10 . уменьшить коэффициент пульсаций тока и увеличить ее частоту. Однако это устройство обладает сравнительно низким коэффициентом умноже(сия, определяемым icaK отношение напряже- 15 ния на нагрузке к амплитудному значению напряжения истбчника, а наличие большого числа вентилей приводит к неоправданно завышенным потерям электрической энергии на их 20 омическом сопротивлении, что неиз" бежно приводит к уменьшению коэффициента полезного действия устройства, его большой массе и габаритам °

Известно такое устройство (2)

Цля заряда накопительного конденсатора, содержащее трехфазный источник переменного тока с тремя выходными выводами, токоограничивающие эле- 30 менты, в качестве которых могут быть использованы конденсаторы, дроссели или резисторы, трехфазный выпрямитель, вйполйенный на шести вентилях по схеме Ларионова, накопительный конденсатор, разрядное устройство и блок контроля напряжения и управления разрядом. недостатком этого устройства является малая скорость передачи энергии от источника в накопительный конденсатор, поскольку в зарядной цепи в любой момент времени включены минимум два токоограничивающих элемента. Кроме того, максимальное значение зарядного напряжения в рассматриваемом устройстве сравнительно мало и по величине не превосходит линейного значения амплитуды напряжения трехфазного источника питания.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для питания нагрузки (3), содержащее трехфазный источник переменного тока с тремя выходными выводами, фазные обмотки которого включены по схеме звезда с нейтралью, три токоограничивающих конденсатора, каждый из которых включен между лучом звезды источника и соответствую748730 щйм входным выводом выпрямителя, выполненного на шести вентилях, например тиристорах, образующих две группы по три тиристора в каждой группе, причем катоды тиристоров первой группы соединены между собой, а их аноды, образующие три входных вывода выпрямителя. - с катодами соответствующих тиристоров второй группы, один из тиристоров которой

cBQaM анодоМ соединен с отрйцательным выводом нагрузки, и блок контроля напряжения и фазового управления тиристорами.

Однако функциональные возможности этого устройства ограничены, поскольку максимальная величина напряжения на нагрузке не превосходит линейного значения амплитуды напряжения трехфазного источника переменного тока. Кроме то1о, токоограничивающие конденсаторы используются только как ограничители тока, при этом в цепь питания нагрузки в любой момент времени последовательно включены два конденсатора, что приводит к существенному снижению скорости передачи энергии источника в нагрузку.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства путем увеличения диапазона регулирования напряжения на нагрузке.

Эта цель достигается тем, что предлагаемое устройство дойолнительно снабжено третьей группой из трех тиристоров, а батарея выполнена из трех секций, соединенных последовательно-согласно, при этом нейтр3ль звезды источника подключена к точке соединения катодов тиристоров -первой группй йепосредственно, а к каждому из анодов тиристоров вто;— рой группы — через соединенный согласно с ним "соответствующий дополнительный тиристор третьей группы"a соответствующую секцию аккумуляторной батареи.

Это позволяет увеличить скорость передачи электрической энергии от источника в батарею и нагрузку. за счет, того, что в любой момент времени в цепи заряда одной секции батареи включено минимальное количество токоограничивающих сопротивлений - одно, что благоприятно сказьфается на уменьшении потерь энергыЭ на их омических сопротивлениях и повышении коэффициента полезного действия.

---Кроме того, обеспечивается расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения диапа-. зона регулирования напряжения на нагрузке, максимальное значение которого в шесть раэ превышает амплитуду Фазного напряжения трехфазного иеточника переменного тока, что i свою очередь позволяет уменьшить

I типовую (габаритную) мощность источника и улучшить удельные энергетические показатели всего устройства в целом.

Увеличение диапазона регулирования выпрямленного напряжения достигается за счет того, что в один полупериод изменения напряжений трехфазного источника переменного тока токоограничивающие конденсаторы заряжаются до амплитудного значения

1О фазного напряжения, а в другой (следующий) напряжение на этих конденсаторах суммируется с напряжением соответствующей фазы источника, что обеспечивает воэможность заря15 да каждой секции аккумуляторной батареи до двойного амплитудного значения фазного напряжения трехфазного источника. В связи с этим такое устройство позволяет заряжать

2О аккумуляторную батарею (пнтать нагрузку) до напряжения, в шесть раз превышающего амплитудное значение фазного напряжения трехфазного источника.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 а, б и 3 а, б диаграммы изменения токов и напряжений на фазной обмотке.

Устройство содержит трехфазный источник переменного тока с тремя выходными выводами 1 — 3, фазные обмотки которого соединены по схеме звезда с нейтралью, три токоограничивающих конденсатора 4 - 6, девять тиристоров 7 — 15, образующих три группы по три тиристора в каждой группе соответственно 7 - 9, 10 — 12 и 13 — 15, аккумуляторную батарею из трех секций 16 — 18, подключенную к сопротивлению нагрузки

19, и блок 20 контроля напряжения и управления тиристорами. Точки соединения последовательно-согласно включенных тиристоров 7 и 10, 8 и

11, 9 и 12 образуют три входных вывода выпрямителя. Между лучами звезды источника и входными выводами выпрямителя включены токоограничивающие конденсаторы 4 — 6. Вывод

5О нейтрали звезды источника подключен к катодам тиристоров 7 — 9 непосредственно, а к анодам тиристоров

10 - 12.через соединенные согласно с ними тиристоры 13 — 15 и соответствующие секции 16 — 18 аккумулятор ной батареи. Блок 20 осуществляет контроль напряжения на нагрузке 19 и управление:.тиристорами 7 — 15 за . счет изменения по фазе момента подачи сигналов управления на управляю=

d0 щие электроды упомянутых тиристоров.

Предложенное устройство наиболее целесообразно использовать в случаях, когда номинальное напряжение на нагрузке (напряжение аккумуляторной

g5 батареи) лежит в пределах от 1,5 Е nQ

748730 до S Етф, где Етф — амплитуда фазного напряжения трехфазного источника. В этом случае конденсаторы 4 — б будут выполнять не только функцию реактивных токоограничителей, но и функцию вольтодобавочных элементов, т.е. будут,, выполнять роль емкостных удвоителей напряжения. В связи с этим необходимо рассматривать работу устройства в режиме, при котором напряжение на одной секции аккумуляторной батареи может измениться в пределах от

0,5 Етф до 2 Евф. г

Работает устройство следующим образом.

Система управления тиристорами обеспечивает открытие каждой пары тиристоров 10 и 13, 11 и 14, 12 и 15 подачей импульсов управления на управляющие электроды тиристоров каждой пары, сдвинутых по фазе на 120 электрических градусов, т.е. порядок открытия каждой пары тиристоров следующий:тиристоры 10 и 13;через 12)711 и 14; через 120 — 12 и 15; через

120 — 10 и 13 и так далее..Л

Сигналы управления подаются на каждую пару тиристоров только в тот момент времени и позже, при кото---ром мгновенное значение соответствующего фазного напряжения уменьшается по абсолютной величине от значения, равного 0,5 Етф. Кроме того, преддоложим также, что система управления обеспечивает постоянное открытие тиристоров 7-9 первой группы и последние работают как обычные неуправляемые вентили-диоды.

Для пояснения принципа работы устройства на фиг. 2 а, б приведены диаграммы изменения токов и напряжений на фазной обмотке с выводом 1 и конденсаторе 4.

Пусть в некоторый момент времени t=0 напряжение на фазной обмотке источника с выводом 1 U равно нулю и в течение последующей четверти периода будет возрастать до своего, амплитудного значения (см. фиг.2а). При этом потенциал вывода 1 выше потенциала нейтрали.

Иод действием этого фазного напряжения происходит заряд конденсатора 4 по цепи: вывод 1, конденсатор 4, тиристор 7, нейтраль звезды источника. К концу первой четверти периода. конденсатор 4 заряжается до амплитудного значения Етф фазного напряжения источника и тиристор 7 закрывается (см. фиг.2б).

Во второй четверти периода напряжение в фазной обмотке с выводом

1 уменьшается по абсолютной величине и в момент времени = 1,когда фазное напряженив уменьшается до величины, равной 0,5 Ейф, блок 20

5

50 управления тиристорами выдает сигналы на открытие тиристоров 10 и 13.

Начиная с этого момента времени, происходит заряд секции 16 батарей суммарным напряжением упомянутой фазы и конденсатора 4. При U,7 0 импульс зарядного тока,обеспечивается . за счет энергии, запасенной в элект рическом поле конденсатора 4.

В третьей четверти периода, когда полярность напряжения фазной обмотки меняет свой знак ((1,(О), импульс зарядного тока обеспечивается за счет энергии источника.

Ток заряда протекает по цепи: нейтраль звезды трехфазного .источника, тиристор 13, секция 16, тиристор 10, конденсатор 4, вывод 1 фазной обмотки.

В конце третьей четверти зарядный ток становится равным нулю и тиристоры 10 и 13 закрываются,при этом конденсатор 4 оказывается перезаряженным до напряжения, равного разности напряжения Етф и напряжения на секции 16 бат ареи.

В четвертой четверти периода напряжение О, уменьшается по абсолютной величине. В момент времени соответствующего равенству напряжений на фазной обмотке и конденсаторе 4,открывается тиристор 7 и образуется цепь разряда конденсатора 4 .на фазную обмотку: положительная обкладка конденсатора 4, тиристор 7, нейтраль звезды, фазная обмотка, вывод 1, отрицательная обкладка конденсатора 4.

В конце четвертой четверти напряжение U становится равным нулю, а конденсатор 4 полностью разряжается.

Далее процессы в рассмотренной электричской цепи птериодически повторяются. При увеличении напряжения на секции 16 батареи длительность импульса зарядного тока умень- шается, при этом уменьшается и глубина перезаряда конденсатора 4.

На фиг. 3 а, б приведены диаграммы токов и напряжений на фаэной обмотке с выводом 1 и конденсаторе 4 при напряжении на секции 16, равном Етпф.

Аналогичные процессы, но только ро сдвигом по фазе на 120 и 240 соответственно, протекают в цепи фазных обмоток с выходными выводами ,2иЗ.

Максимальное напряжение, до которого может зарядиться каждая секция аккумуляторной батареи, в два раза превышает амплитудное значение фазного напряжения источника, а максимальное значение напряжения на нагрузке, следовательно - в шесть раз.

Три пары тиристоров 10 и 13, 11 и 14, 12 и 15 позволяют регулировать

748730 величину среднего значения выпрямленного напряжения на нагрузке от 1,5

Евф до б Ешф изменением угла их открнтия, осуществляемого подачей импульсов на управляющие электроды тиристоров с блока 20 контроля напряжения и управления тиристорами.

Таким образом изобретение позво/ ляет существенно расширить функциональные возможности устройства путем увеличения в 3,5 раза по сравнению с известным устройствбм диапазона регулирования напряжения на нагрузке, увеличить скорость передачи электрической энергии от источника в нагрузку и аккумуляторную батарею и тем самым улучшить удельные энергетические показатели устройства в целом.

Устройство особенно целесообразно применять s автономных системах электроснабжения, в которых в каче- 20 стве .основного источника используется аккумуляторная батарея, а источник переменного тока является дополнительньм и применяется в основном для подзаряда аккумуляторной бата- 25 реи.

Формула изобретения.

Устройство для питания нагрузки, содержащее трехфазный источник переменного тока с тремя выходными выводами, фазные обмотки которого включены по схеме звезда с нейтралью, 35 три токоограничивающих конденсатора, каждый из которых" включен между лу чом звезды источника и соответствующим входным выводом выпрямителя, выполненного на шести вентилях, например тиристорах, образующих две группы по три тирнстора в каждой группе, причем катоды тиристоров первой группы соединены между собой, а их аноды, образующие три входных вывода выпрямителя — с катодами соответствующих тиристоров второй группы, один из тиристоров которой своим анодом соединен с отрицательным выводом секционированной аккумуляторной батареи, подключенной к сопро тивлению нагрузки, и блок контроля напряжения и фазового управления тиристорами, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем увеличения диапазона регулирования напряжения на нагрузке, оно дополнительно снабжено третьей группой из трех тиристоров, а батарея выполнена иэ трех секций, соединенных последовательно-согласно,при этом нейтраль эвезды источника подключена к точке соединения катодов тиристоров первой группы непосредственно, а к каждому из анодов тиристоров второй группы через соединенный согласно с ним соответствующий дополнительный тиристор третьей группы и соответствующую секцию аккумуляторной батареи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 506103, кл. H 02 N 7/19, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

9 323853, кл. Н 03 К 3/53, 1972.

3. Современные задачи преобразовательной техники. Тезисы докладов

ВНТК, сентябрь 1975, Киев, 1975. ч. 2, с. 259, рис. 7.

Составитель" JI Устинкина.

Редактор Е. Яковчик .Техред М. Хуэьма Корректор М. Коста

Вака э 4257/4 б Тираж 783 . Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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