Автономная система электропитания

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 1511.77 . (21) 2543471/24-07с присоединением заявки Мф(51)М, Кл. Н 02 У 7/34 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Изобретение относится к автономным системам электроснабжения объектов с источниками постоянного тока ограниченной мощности, 5Известна автономная система электропитания, содержащая первичный нерегулируемый источник постоянного тока, буФерную аккумуляторную батарею, импульсный регулятор зарядного тока и разрядное устройство 11 .Недостаток системы электропитания состоит в том, что в ней не всегда обеспечивается работа первичного источника в режиме максимальной мощнос-.15 ти, что снижает эФФективность его использования.Наиболее близкой к изобретению по своей технической сущности, является система электропитания, в которую дополнительно введен шунтовой .регулятор напряжения с балластным резистором, причем мощность источника всегда достигает своего максимального значения и распределяется между нагрузкой, аккумуляторной батареей . и балластным резистором. Система содержит подключенный к нагрузке первичный нерегулируемый источник тока, буферную аккумуляторную батарею, импульсный регулятор зарядного тока с силовым ключом, коммутирующим вен= тилем и дросселем, разрядный регулятор и шунтовой регулятор, состоящий из блока управления и двух управляеьих ключей, из которых один включенв цепь балластного резистОра, другой - в цепь аккумуляторной батареи. Регулятор зарядного тока и разрядный регулятор представляют собой однотактные импульсные преобразователи. Блок управления содержит два мультивибратора, один из которых управляется напряжением аккумуляторной батареи, а второй - генератором импульсов эталонной частоты. Между мультивибраторами включены цепи синхронизации. Выходы мультивибраторов подключены ко входу сумматора-выпрямителя, выход которого подключен ко входам управляемых ключей (21,Недостатком рассмотренной системы электропитания является ееслож-ность, обусловленная необходимостью использования в блоке управления сумматора и двух мультивибраторов, а также цепей синхронизации и генератора синхронизирующих импульсов стабильной частоты схемы. Положениеусугубляется тем, что элеМенты силовой части шунтового регулятора используются неэффективно. Сложностьсхемы и ее склонность к расстройкев процессе эксплуатации снижаетнадежность системы электропитания,Цель изобретения - упрощение системы электропитания и повышение еенадежности.Поставленная цель достигается тем,что блок управления шунтового регулятора выполнен в виде стабилитрона идифференцирующей цепи, вход которойчерез трансформатор подключен к обмотке дросселя импульсного регулятора"зарядного тока, управляемые ключи шунтового регулятора, балластный резистор и аккумуляторная батарея соединены в схему триггера, в диагональ которого включен коммутирующий конденсатор, вход одного управляемого ключа соединен с выходом дифференцирующей цепи через диод, а вход другого -с комМутирующим конденсатором черезстабилитрон,На чертеже представлена электрическая .схема системы электропитания. 25Система электропитания содержитпервичный нерегулируемый источник 1,импульсный регулятор 2 зарядного токашунтовой регулятор 3 с блоком 4управлениябуферную аккумуляторную ЗОбатарею 5, разрядное устройство 6,Шунтовой регулятор 3 и аккумуляторная батарея 5 через регулятор 2 подключены к источнику 1. Кроме того,аккумуляторная батарея 5 через разрядное устройство 6 соединена с нагрузкой 7.Шунтовой регулятор 3 состоит изуправляемого ключа - тиристора 8,включенного в цепь балластного резистора 9, и коммутирующего конденсатора 10.Блок управления 4 содержит трансформатор 11, дифференцирующую цепь,состоящую из конденсатора 12 и резистора 13, диод 14, стабилитрон 15,ограничительные резисторы 16, 17. Регулятор зарядного тока представляетсобой однотактный импульсный преоб разователь повышающего типа и содержит силовой ключ 18, дроссель 19, ком- Омутирующий вентиль 20 и блок управления 21. Вентиль 20 выполнен управля- емым и одновременно является другимуправляемым ключом шунтового регулятора напряжения аккумуляторной батареф. Разрядное устройство 6 содержитсиловой ключ 22, дроссель 23, коммутирующий вентиль 24 и блок управления 25,Система электропитания в зависимости от величины текущей мощности бОнагрузки и заряженности аккумуляторной батареи может работать в следующих режимах: мощность нагрузки больше,номинальной мощности источника (режим А), при этом недостающая мощность 65 обеспечивается аккумуляторной батареей, мощность нагрузки равна номинальной мощности источника (режим Б), нагрузкапри этом получает питание только от источника, мощность нагруз-, ки меньше номинальной мощности источника, при этом избыток мощности источника поступает в аккумуляторную батарею (режим В), а в случае полного заряда батареи, рассеивается на балластном резисторе (режим Г).Система работает следующим образом,В режиме А питание нагрузки 7 осуществляется от источника 1 и аккумуляторной батареи 5 через разрядное устро 1 ство 6. Напряжение на нагрузке 7 оддерживается постоянным за счет изменения длительности замкнутого состояния ключа 22, Управление ключом 22 осуществляется блоком 25. При замкнутом ключе 22 разряд аккумуляторной батареи 5 осуществляется по цепи: положительный вывод батареи 5 - ключ 22 - дроссель 23 - нагрузка 7 - отрицательный вывод батареи 5.При разомкнутом ключе 22 накопленная в дросселе 23 энергия передается в нагрузку 7 через коммутирующий диод 24. В режиме А ключ 18 регулятора зарядного тока разомкнут сигналом блока управления 21, а тиристоры 8 и 20 закрыты. Коммутирующий конденсатор 10 заряжен до напряжения, меньшего напряжения пробоя стабилитрона 15.В режиме Б ключи 18, 22 постоянноразомкнуты. Питание нагрузки осуществляется только от первичного источника 1. Увеличение напряжения на нагрузке 7 из-за отключения части потребителей сопровождается включением импульсного регулятора зарядного тока с помощью блока управления 21 (режим В). При замкнутом состоянии ключа 18 создается цепь тока: положительный вывод источника 1 - дроссель 19 - ключ 18 - отрицательный вывод источника 1, Дроссель 19 накапливает энергию. К входу дифференцирующей цепи 12-13 прикладывается напряжение вторичной обмотки трансформатора 11.В момент закрытия ключа 18 происходит перезаряд конденсатора 12 дифференцирующей цепи, положительный импульс открывает второй управляемый ключ 20, Накопленная энергия в дросселе 19 и энергия от источника 1 по- . ступает в аккумуляторную батарею 5. Ток заряда протекает по цепи: положительный вывод источника 1 - дроссель 19 - коммутирующий вентиль 20 - аккумуляторная батарея 5 - отрицательный вывод источника 1. Замыкание ключа 18 приводит к выключению вентиля 20 и к очередному накоплению энергии в дросселе 19.В режиме Г избыточная энергия источника передается в балластный резистор 9 шунтового регулятора 3 че748664 Формула изобретения ЦНИИПИ Заказ 4379/17 Тираж 783 Подписг. Ужгород, ул. Проектная, 4 ПП Патент Фили рез регулятор зарядного тока 2 и управляемый ключ 8, При этом напряжениеаккумуляторной батареи 5 достатбчнодля заряда коммутирующего конденсатора 10 до напряжения, соответствующегопробою стабилитрона 15, что приводитк открытию ключа 8 в моменты размыкания ключа 18. Через замкнутый ключ 8энергия накопительногодросселя 19,и источника 1 передается в балластныйрезистор 9. Одновременно напряжениемна коммутирующем конденсаторе 10 размыкается ключ 20, что приводит к выключению цепи заряда, аккумуляторнойбатареи 5. Благодаря введенным отличиям, схема системы упрощена по сравнению с известной схемой. В частности, блок 4 управления системы электроснабжения согласно изобретению выполнен на пассивных элементах,Благодаря включению силовых элементов в схему триггера обеспечена устойчивая коммутация управляемых ключей, что повышает надежность системы. Автономная система электропитания,содержащая подключенный к клеммамдля подключения нагрузки первичныйнерегулируемый источник постоянноготока, буферную аккумуляторную батарею, импульсный регулятор зарядноготока с силовым кл 1 очом, коммутирующимвентилем и дросселем, разрядный регулятор и шунтовой регулятор, состоящий из блока управления и двух управляемых ключей, один из которыхвключен в цепь балластного резистораа другой в цепь аккумуляторной батареи, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью упрощения и повышениянадежнОсти, в ней блок управленияшунтового регулятора выполнен в виМе" "-"стабилитрона и дифференцирующей цепи, вход которой через трансформаторподключен к обмотке дросселя импулЬсного регулятора зарядного тока, управляемые ключи шунтового регулятора,балластный резистор и аккумуляторнаябатарея соединены в схему триггера,в диагональ которого включен коммутирующий конденсатор, вход одного20 управляемого ключа соединен с выходом дифференцирующей цепи через диод,а вход другого - с коммутирующимконденсатором через стабилитрон.Источники информации25 принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 491183, кл. Н 02 У 7/34, 1975.2. Коробан Н.Т. и др. Исследование и разработка автономных системЗп электроснабжения с безмашинным первичным источником электроэнергии.Труды Московского энергетического института, 1975, вып, 258, с. 16,рис. 4.