Автономная система электропитания

Сеез Сфветскнх Сфцналнстнчесзих РеспублнкОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОУСКОМУ СВ ВТЗЛЬСТВУ(22) Заявлено 20,04,79 (21) 2766683/24-07с присоединением заявки Йо(5 М К.з Н 02 7 7/34 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(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 1 .Недостатками таких устройств являются низкие КПД, малогабаритные показатели систеж и сложность экстремального регулятора. Известны также автономные системы электропитания, содержащие первичный источник постоянного напряжения и аккумулятор, связанный с нагрузкой через вольтореверсивный стабили" затор 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 полюсуаккумулятора 2Недостатком этих систем являетсямалоэффективное использование первичного источника по мощности.Цель изобретения - повышение КПД,снижение массогабаритов и упрощениеавтономной системы электропитания.указанная цель достигается тем,что в автономную систему электропитания, содержащую первичный источник постоянного напряжения и аккумулятор, связанный с нагрузкой черезвольтореверсивныйстабилизатор посто янного напряжения, состоящий из ряда преобразовательных ячеек, магнито-.Йроводы которых охвачены двумя полуобмотками, причем крайние выводыполуобмоток связаны с первым блоком 2 О коммутирующих ключей и с нагрузкойчерез второй блок коммутирующих ключей, а средний вывод подключен к соответствующему аккумулятору, введенэкстремальный регулятор мощности исхема его управления, при этом силовой орган экстремального регулятора выполнен в виде ряда трансформаторно-выпрямительных ячеек, две общие первичные полуобмотки которых ЗО соединены средним выводом с первич 799079ным источником питания, а крайнимивыводами с первым блоком коммутирующих ключей, выпрямители этих ячеексоединенные с нагрузкой через раэвязывающие диоды, зашунтированы транзисторными ключами., базовые выводыкоторых соединены с выходами схемыуправления экстремального регулятора,Кроме того схема упранления экстремального регулятора выполнена в виде аналого-циФрового преобразователя, связанного своими выходами с управляющими входами всех трансформатор- но-выпрямительных ячеек, кроме первой, и соединенного своим входом через интегратор с выходом компаратора, входы которого, эашунтированные кон 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 системыаНа 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 О чи б и экстремальный регулятор 2с первичным источником 1. Силовойорган регулятора 2 выполнен иэ рядатрансформаторно-ныпрямительных ячеек В, общие первичные полуобмоткикоторых 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-цифрового преобразователя 12, связанного своими выходами с базовыми выводами транэисторон 9 всех ячеек (кроме первой), и соединенного своимвходом 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 цепьпротекания суммарного тока первичного источника 1 и выпрямителей всехячеек 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 расчетнуюмощность 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-выпрями- тельных 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 О . Величина вольтонычитания, определяемая количеством ячеек 8, находящихся в ныпрямительном режиме (транэистор 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 таким 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 замыкает 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 управляемый ключ 18.При этом напряжения на конденсаторах 15 и 16 устанавливаются пропорциональными 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 13.5Если, например при замкнутом ключе 9 и замкнутом ключе 17 оказываетсячто ОЬ Оэто свидетельствуетчто перевод ячеек 8 в режим короткого замыкания сопровождается ростом ф потребляемой мощности от первичного источника 1. При этом напряжение на выходе компаратора 14 становится положительным, что обуславливает сравнительно медленное увеличение напря жения на интеграторе 13 (например конденсатор) и последовательное во времени включение транзисторов 9Та-. кой процесс длится до тех пор, пока Оь Оц 20Как только станет ОО компаМб 4 Ь 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 питанияаналогичный регулятор использует широко- импульсное регулирование.В этой системе расчетная мощность всех трансформаторно-выпрямитель- . 40 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 дости" гается по показанию одного лишь датчика тока, включенного в соответствуют щую цепь, что упрощает практическую реализацию канала управления.Формула и зобретения1, Автономная система электропигания содержащая первичный источник постоянного напряжения и аккумулятор, связанный с нагрузкой через щ вольтореверсивный стабилизатор постоянного напряжения, состоящий иэ ряда преобразовательных ячеек, магнитопроводы которых охвачены двумя полуобмотками, причем крайние выводыполуобмоток связаны с первым блокомкоммутирующих ключей и с нагрузкойчерез второй блок коммутирующих клю"чей, а средний вывод подключенк соответствующему полюсу аккумулятора, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью повышения КПД и снижения массогабаритов, в систему введен экстремальный регулятор мощностии схема управления этим регулятором,при этом силовой орган экстремального регулятора выполнен в виде рядатрансформаторно-выпрямительных ячеек, две общие первичные полуобмоткикоторых соединены средним выводомс первичным источником питания, акрайними выводами с первым блокомкоммутирующих ключей, выпрямители .этих ячеек соединены с нагрузкойчерез развязывающие диоды, зашунтированы транзисторными ключами, базовые выводы которых соединены с выходами схемы управления экстремального регулятора,2. Автономная система электропитания по п.1, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что с целью упрощения, схемауправления экстремальным регулятором выполнена в виде аналого-цифрового преобразователя, связанного своими выходами с управлякщими входамивсех трансформаторно-выпрямительныхячеек, кроме первой, и соединенногосвоим входом через интегратор с выходом компаратора, входы которого, эашунтированные конденсаторами, подключены через дополнительные управляе"мые ключи к выходу датчика тока,включенного в цепь протекания суммарного тока первичного источника и выпрямителей ячеек, причем к управляющему входу первой ячейки и входу до"полнительных управляежюх ключей подключен выход делителя частоты, связанного с общим задающим генераторомсистемы. Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Коробан Н.Т. н др. Исследование и разработка автономных системэлектроснабжения с бесконтактным первичным источником. Сб. "Электрические машины и преобразователи автономных электросистем"., М. ИЭИ 1975,Вып, 258.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2620298/07,кл. Н 027/34, 1978.