Автономная система электропитания

 

CoIos Севетскнх

Сецналнстнчаскнх

Реснублнк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОУСКОМУ СВ ВТЗЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 200479 (21) 2766683/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет > > К п.а

Н 02 J 7/34

Государственный комитет

СССР иод м бр и и открытий

Опубликовано 230,81 Бюллетень 89 3

Дата опубликования описания 230181 (53) УАХ 621. 355.1 (088.8) (72) Авторы изобретения

Н.И. Дуплин, С.И. Орлов и А.К. Тищенко (71) Заявитель (54 ) АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Изобретение относится к преобра" зованиям параметров электроэнергии и может быть использовано в бортовых системах электропитания.

Известны автономные системы электропитания с первичным источником постоянного напряжения, использующие экстремальный регулятор мощности первичного источника, состоящий иэ двух секций первичного источника, силового органа, схемы умножения, запоминающего устройства, элементы сравнения и сигнум-реле $1J.

Недостатками таких устройств являются низкие КПД, малогабаритные показатели системы и сложность экстремального регулятора.

Известны также автономные системы электропитания, содержащие первичный источник постоянного напряжения и аккумулятор, связанный с нагрузкой через вольтореверсивный стабилизатор постоянного напряжения, состоящий из ряда преобразовательных ячеек, магнитопроводы которых охвачены двумя полуобмотками, причем крайние выводы полуобмоток связаны с нагрузкой и первичным источником через коммутирукщие ключи, а средний вывод подключен к соответствующему полюсу аккумулятора(2

Недостатком этих систем является малоэффективное использование первичного источника по мощности.

Цель изобретения — повышение КПД, снижение массогабаритов и упрощение автономной системы электропитания.

Указанная цель достигается тем, что в автономную систему электропитания, содержащую первичный источник постоянного напряжения и аккумулятор, связанный с нагрузкой через вольтореверсивный стабилизатор постоянного напряжения, состоящий из ряда преобразовательных ячеек, магнито-. проводы которых охвачены двумя полуобмотками, причем крайние выводы полуобмоток связаны с первым блоком

20 коммутирующих ключей и с нагрузкой через второй блок коммутирующих ключей, а средний вывод подключен к соответствующему аккумулятору, введен экстремальный регулятор мощности и схема его управления, при этом силовой орган экстремального регулятора выполнен в виде ряда трансформаторно-выпрямительных ячеек, две общие первичные полуобмотки которых соединены средним выводом с первич799079 ным источником питания, а крайними выводами с первым блоком коммутирующих ключей, выпрямители этих ячеек соединенные с нагрузкой через раэвязывающие диоды, зашунтированы транзисторными ключами., базовые выводы которых соединены с выходами схемы управления экстремального регулятора.

Кроме того схема упранления экстремального регулятора выполнена в виде аналого-цифрового преобразователя, связанного своими выходами с управляющими входами всех трансформаторно-выпрямительных ячеек, кроме первой, и соединенного своим входом через интегратор с выходом компаратора, входы которого, эашунтированные кон- f5 денсаторами, подключены через дополнительные управляемые ключи к выходу датчика тока, включенного,в цепь протекания суммарного тока первичного источника и выпрямителей 20 ячеек, причем к управляющему нходу первой ячейки и входу дополнительных управляемых ключей подключен выход делителя частоты, связанного с общим задающим генератороМ систеMH °

На чертеже изображена структурная схема предлагаемой автономной системы электропитания.

Автономная система электропитания включает в себя первичный источник 1 постоянного напряжения, экстремальный регулятор 2, аккумулятор 3, вольтреверсивный стабилизатор 4, дне пары коммутирующих ключей 5 и б и нагрузку 7.

Выходные полуобмотки трансформаторных ячеек стабилизатора 4 соединены своим средним выводом с аккумулятором 3, крайними выводами через ключи 5 — с нагрузкой 7, а через клю- 4Q чи б и экстремальный регулятор 2 с первичным источником 1. Силовой орган регулятора 2 выполнен иэ ряда трансформаторно-ныпрямительных .ячеек В, общие первичные полуобмотки которых соединены выводом с переменным источником 1, а крайними выводами — с ключами б. Выпрямители ячеек 8, з,ашунтированные транзисторными

45 ключами 9 и подключены через развязывающие диоды 10 к нагрузке 7. Схема управления 11 экстремальным регулятором 2 состоит из аналого-цифро вого преобразователя 12, связанного своими выходами с базовыми выводами транэисторон 9 всех ячеек (кро- 55 ме первой), и соединенного своим входом через интегратор 13 с выходом компаратора 14. Входы компаратора 14, зашунтированные конденсаторами 15 и 16, подключены через управляемые ключи 17 и 18 к выходу датчика тока 19, включенного в цепь протекания суммарного тока первичного источника 1 и выпрямителей всех ячеек 8. Базовый вывод транзистора

9 первой ячейки и вход управляемых ключей 17 и 18 соединен с выходом делителя частоты 20, снязанного с общим задающим генератором систеьы.

Системы электропитания работают следующим образом.

В режиме сеансной нагрузки, когда мощность нагрузки 7 превышает расчетную мощность первичного источника 1, ток нагрузки складывается из тока первичного источника 1, тока трансформаторно-ныпрямительных ячеек 8 и тока разряда аккумулятора 3. Коммутирующие ключи 5 и б поочередно переключаются, образуя в каждом из полупериодов путь прохождения для составляющих тока нагрузки. Вольтореверсивный стабилизатор 4 путем изменения соотношения между количеством включенных и отключенных инверторных ячеек обеспечинает поддержание стабильного напряжения на нагрузке 7.

В дежурном режиме выходная мощность источника 1 превышает мощность нагрузки 7 и остаток мощности источника 1 идет на заряд аккумулятора 3.

Экстремальный регулятор мощности 2, состоящий из трансформаторно-выпрямительных ячеек 8 и схема управления 11, работает следующим образом.

В отдельных режимах, когда выходное напряжение первичного источника 1 превышает напряжение на нагрузке 7, ячейки 8 обеспечивают необходимое вольтовычитание иэ напряжения U . Величина вольтонычитания, определяемая количеством ячеек 8, находящихся в ныпрямительном режиме (транзистор 9 закрыт), автоматически устанавливается такой, чтобы с первичного источника снималась максимально возможная мощность. Величина снимаемой мощности однозначно определяется значением тока, протекающего по датчику 19, что объясняется постоянством напряжения на нагрузке.

Те ячейки. 8, у которых ключ 9 замкнут, находятся в режиме короткого замыкания, а потому никакого вольтовычитания не производят.

Схема управления 11 работает та« ким образом, чтобы по датчику 19 протекал максимально возможный ток. Для этого частота общего задающего генератора системы делится в делителе частоты 20 в четное число раз. Периодическое напряжение с выхода делителя частоты 20 на половину периода эаьыкает транзисторный ключ 9 первой трансформаторно-выпрямительной ячейки 8 и.управляемый ключ 17. Во вторую половину периода транзисторный ключ 9 и управляемый ключ 17 размыкаются и заьыкается управляемтй ключ 18.

При этом напряжения на ко иден с ат орах 15 и 16 устанавливаются пропор799079 циональными токам, протекающим через датчик тока 19 в соответствующие полупериоды. Компаратор 14, сравнивая напряжение на конденсаторах, определяет в какой из полупериодов ток через датчик тока 19 больше и выдает сигнал на вход интегратора 13.

Если, например при замкнутом ключе 9 и замкнутом ключе 17 оказывает0„6 0, что перевод ячеек 8 в режим короткого замыкания сопровождается ростом потребляемой мощности от первичного источника 1. При этом напряжение на выходе компаратора 14 становится положительнымым, что обу сл авли в ает ср авнительно медленное увеличение напря- 15 жения на интеграторе 13 (например конденсатор) и последовательное во времени включение транзисторов 9. Та-. кой процесс длится до тех пор, пока 0 67 0ц 20

Как только станет 0 0 компаt5 46 ратор 14 перебросится, что приведет к уменьшению напряжения на выходе интегратора и переводу одной или нескольких ячеек 8 в режим выпрямления. Установившийся режим характеризуется постоянным соотношением между числом ячеек 8, находящихся в разных состояниях. Ячейка 8 постоянно переводится иэ одного состояния в другое для определения рабочей точки первичного источника питания 1, Преимущество предлагаемой системы перед известной состоит в том, что экстремальный регулятор использует дискретное регулирование, тогда как в известной системе питания аналогичный регулятор использует широкоимпульсное регулирование.

В этой системе расчетная мощность всех трансформаторно-выпрямитель- . ф) ных ячеек расчитана только на часть мощности первичного источника, в связи с чем экстремальный регулятор характеризуется большим КПД и Меньшими массогабаритами.

Кроме того, в предлагаемом устройстве управления регулятором однозначное определение снимаемой мощности с первичного источника достигается по показанию одного лишь датчика тока, включенного в соответствую-® щую цепь, что упрощает практическую реализацию канала управления.

Формула изобретения

1. Автономная система электропигания, содержащая первичный источник постоянного напряжения и аккумулятор, связанный с нагрузкой через { вольтореверсивный стабилизатор постоянного напряжения, состоящий иэ ряда преобразовательных ячеек, магнитопроводы которых охвачены двумя полуобмотками, причем крайние выводы полуобмоток связаны с первым блоком коммутирующих ключей и с нагрузкой через второй блок коммутирующих ключей, а средний вывод подключен к соответствующему полюсу аккумулятора, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД и снижения массогабаритов, в систему введен экстремальный регулятор мощности и схема управления этим регулятором, при этом силовой орган экстремального регулятора выполнен в виде ряда трансформаторно-выпрямительных ячеек, две общие первичные полуобмотки которых соединены средним выводом с первичным источником питания, а крайними выводами с первым блоком коммутирующих ключей, выпрямители . этих ячеек, соединены с нагрузкой через развязывающие диоды, зашунтированы транзисторными ключами, базовые выводы которых соединены с выходами схемы управления экстремального регулятора.

2. Автономная система электропитания по п.1, отличающаяся тем, что с целью упрощения, схема управления экстремальным регулятором выполнена в виде аналого-цифрового преобразователя, связанного своими выходами с управлякщими входами всех трансформаторно-выпрямительных ячеек, кроме первой, и соединенного своим входом через интегратор с выходом компаратора, входы которого, эашунтированные конденсаторами, подключены через дополнительные управляемые ключи к выходу датчика тока, включенного в цепь протекания суммарного тока первичного источника и выпрямителей ячеек, причем к управляющему входу первой ячейки и входу дополнительных управляеж х ключей . подключен выход делителя частоты, связанного с общим задающим генератором системы.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Коробан Н.Т. н др. Исследование и разработка автономных систем электроснабжения с бесконтактным первичным источником. Сб. "Электрические машины и преобразователи автономных электросистем".. M., МЭИ, 1975, Вып. 258.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2620298/07, кл. H 02 j 7/34, 1978.