Устройство для питания нагрузки

Союз Соеетскня Соцналнстнч есина Ресттублни(51)М. Кл,Н 02 М 7/06 с присоединением эаявии Йо Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ 25 1Изобретение 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 как отношение напряже ния на нагрузке к амплитудному значению напряжения источника,а наличие большого числа вентилей приводит к неоправданно завышенным потерям электрической энергии на их 20 омическом сопротивлении, что неиз" бежно приводит куменьшению коэффиЦиента полезного действия устройства, его большой массе и габаритаыеИзвестно такое устройство 2) Цля заряда накопительного конденса 1 оФа, содержащее трехфазный источник переменного тока с тремя выходными выводами, токоограничивающие эле менты, в качестве которых могутбыть использованы конденсаторы,дроссели или резисторы, трехфазныйвыпрямитель, выполненный на шестивентилях по схеме Ларионова, накопительный конденсатор, разрядноеустройство и блок контроля напряжения и управления разрядом.недостатком этого устройства является малаяскорость передачи энергии от источника в накопительный конденсатор,поскольку в зарядной цепи в любоймомент времени включены минимум дватокоограничивающих элемента. Крометого, максимальное значение зарядного напряжения в рассматриваемомустройстве сравнительно мало и повеличине не превосходит линейногозначения амплитуды напряжения трехФазного источника питания,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению являетсяустройство для питания нагрузки 3),содержащее трехфазный источник переменного тока с тремя выходными выво"дами, Фазные обмотки которого включены по схеме звезда с нейтралью,три токоограничивающихконденсатора,каждый из которых включен между лу"чом звезды источника и соответствующйм 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 второйгруппы, один из тиристоров которой своим анодоМ соединен сотрйцательным 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 переменноготока. Кроме то 1 о, токоограничивающие конденсаторы используются только как ограничителитока, приэтом в цепь питаниянагрузки в любой момент времени последовательно включены два конденсатора, что приводит к существенно"му снижению скорости передачи энергии источника в нагрузку.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей устройства путем увеличения диапазона регулирования напряжения на нагрузке.Эта цель достигается тем, чтопредлагаемое устройство дойолнительно снабжено третьей группой из трехтиристоров, а батарея выполненаиз трех секций, соединенных последовательно-согласно, при этом нейтрль звезды источника подключена к точке соединения катодов тиристо" ров-первой группй йепосредсФвенно,а к каждому из анодов тиристоров вто; -рой группы - через соединенный согласно с ним "соответствующий дополнительный тиристор третьей группы"и соответствующую секцию аккуму"ляторной батареи.Это позволяет увеличить скоростьпередачи электрической энергии отисточника в батарею и нагрузку. засчет, того, что в любой момент времени в цепи заряда одной секциибатареи включено минимальное количествотокоограничивающих сопротивлений - одно, что благоприятно сказьФается на уменьшении потерь энергыЭ на их омических сопротивленияхи повышении коэффициента полезного действия.Кроме того, обеспечивается расширение Функциональных возможностейустройства за счет увеличения диапа-.зона регулирования напряжения нанагрузке, максимальное значениекоторого в шесть раэ превышает амплитуду Фазного напряжения трехфазногоиеточника переменного тока, что всвою очередь позволяет уменьшить типовую (габаритную) мощность источника и улучшить удельные энергетические показатели всего устройствав целом.Увеличение диапазона регулирования выпрямленного напряжения достигается за счет того, что в один полупериод изменения напряжений трехфазного источника переменного токатокоограничивающие конденсаторызаряжаются до амплитудного значения 1 О Фазного напряжения, а в другой(следующий) напряжение на этих конденсаторах суммируется с напряжением соответствующей Фазы источника,что обеспечивает воэможность заря да каждой секции аккумуляторнойбатареи до двойного амплитудногозначения фазного напряжения трехфазного источника. В связи с этимтакое устройство позволяет заряжать Щ аккумуляторную батарею (пнтать нагрузку) до напряжения, в шесть разпревышающего амплитудное значениефазного напряжения трехфазного источника.На Фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 а, б и 3 а, бдиаграммы изменения токов и напряжений на фазной обмотке.Устройство содержит трехфазныйисточник переменного тока с тремявыходными выводами 1 - 3, фазныеобмотки которого соединены по схемезвезда с нейтралью, три токоограничивающих конденсатора 4 - 6, девять тиристоров 7 - 15, образующихтри группы по три тиристора в каждой группе соответственно 7 - 9,10 - 12 и 13 - 15, аккумуляторнуюбатарею из трех секций 16 - 18, под ключенную к сопротивлению нагрузки19, и блок 20 контроля напряженияи управления тиристорами. Точкисоединения последовательно-согласновключенных тиристоров 7 и 10, 8 и11, 9 и 12 образуют три входныхвывода выпрямителя. Между лучамизвезды источника и входными выводами выпрямителя включены токоограничивающие конденсаторы 4 - 6. Вывод у нейтрали звезды источника подключенк катодам тиристоров 7 - 9 непосредственно, а к анодам тиристоров10 - 12 через соединенные согласнос ними тиристоры 13 - 15 и соответствующие секции 16 - 18 аккумулятор ной батареи, Блок 20 осуществляетконтроль напряжения на нагрузке 19и управление тиристорами 7 - 15 за. счет изменения по фазе момента подачи сигналов управления на управляю= 60 щие электроды упомянутых тиристоров.Предложенное устройство наиболеецелесообразно использовать в случаях,когда номинальное напряжение на нагрузке (напряжение аккумуляторной Я батареи) лежит в пределах от 1,5 Е пниАналогичные процессы, но только ро сдвигом по фазе на 120 и 240 соответственно, протекают в цепи фазных обмоток с выходными выводами ,2 иЗ.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 55 60 65 дб 1 Евф, где Евф - амплитуда фазного напряжения трехфазного источника. В этом случае конденсаторы 4 - 6 будут выпол- нять 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.фРаботает 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 129- 11 и 14; через 120 - 12 и 15; через 120 - 10 и 13 и так далее..ЛСигналы управления подаются накаждую пару тиристоров только втот момент времени и позже, при кото.:ром мгновенное значение соответствующего фазного напряжения уменьшаетсяпо абсолютной величине от значения,равного 0,5 Ещф. Кроме того, преддоложим также, что система управления обеспечивает постоянное открытие тиристоров 7-9 первой группы ипоследние работают как обычные неуправляемые вентили-диоды.Для пояснения принципа работыустройства 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 1=0 напряжение на фазной обмотке источника с выводом 1 Ц, равнонулю и в течение последующей четверти периода будет возрастать досвоего, амплитудного значения (см.фиг,2 а).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 Ешф фазного напряжения источника и тиристор 7закрывается (см, фиг.2 б),Во второй четверти периода нап"ряжение в фазной обмотке с выводом1 уменьшается по абсолютной величине и в момент времени 1=1 ,когдафазное напряженив уменьшается довЕличины, равной 0,5 Ещф, блок 20 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 управления тиристорами выдает сигналы на открытие тиристоров 10 и 13.Начиная с этого момента времени,происходит заряд секции 16 батарейсуммарным напряжением упомянутой фа"зы и конденсатора 4, При Ор 0 импульс зарядного тока обЕспечивается .за счет энергии, запасенной в электрическом поле конденсатора 4.В третьей четверти периода,когда полярность напряжения фазнойобмотки меняет свой знак ),( 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 зарядныйток становится равным нулю и тиристоры 10 и 13 закрываются,при этом конденсатор 4 оказывается перезаряженным до напряжения, равного разностинапряжения Евф и напряжения на секции 16 баГареи.В четвертой четверти периода напряжение О, уменьшается по абсолютной величине. В момент временисоответствующего равенству напряжений на фазной обмотке и конденсаторе 4,открывается тиристор 7 и образуется цепь разряда конденсатора 4на фазную обмотку: положительная обкладка конденсатора 4, тиристор 7,нейтраль звезды, фазная обмотка,вывод 1, отрицательная обкладка конденсатора 4.В конце четвертой четверти напряжение О, становится равным нулю,а конденсатор 4 полностью разряжается.Далее процессы в рассмотреннойэлектричской цепи птериодически повторяются. При увеличении напряжения на секции 16 батареи длитель"ность импульса зарядного тока умень"шается, при этом уменьшается и глубина перезаряда конденсатора 4.На фиг. 3 а, б приведены диаграммы токов и напряжений на фаэнойобмотке с выводом 1 и конденсаторе 4при напряжении на секции 16, равном Ешф.748730 формула изобретения 30 величину среднего значения выпрямленного напряжения на нагрузке от 1,5 Евфдо 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 1 удельные энергетические показатели устройства в целом.Устройство особенно целесообразно применять в автономных системах электроснабжения, в которых в каче стве .основного источника используется аккумуляторная батарея, а источник переменного тока является дополнительньм и применяется в основном для подзаряда аккумуляторной бата реи. Устройство для питания нагрузки, содержащее трехфазный источник переменного тока с тремя выходными выводами, фазные обмотки которого включены по схеме звезда с нейтралью, три токоограничивающих конденсатора,каждый из которых"вклйчен"между лучом 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 первойгруппы соединены между собой, а иханоды, образующие три входных вывода выпрямителя - с катодами соответствующих тиристоров второй группы, один из тиристоров которой своиманодом соединен с отрицательным выводом секционированной аккумуляторной батареи, подключенной к сопротивлению нагрузки, и блок контролянапряжения и фазового управлениятиристорами, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширенияфункциональных воэможностей путемувеличения диапазона регулированиянапряжения на нагрузке, оно дополнительно снабжено третьей группойиз трех тиристоров, а батарея выполнена иэ трех секций, соединенных последовательно-согласно,приэтом нейтраль эвезды источникаподключена к точке соединения катодов тиристоров первой группынепосредственно, а к каждому изанодов тиристоров второй группычерез соединенный согласно с нимсоответствующий дополнительный тиристор третьей группы и соответствующую секцию аккумуляторной батареи,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР 9 506103, кл. Н 02 Я 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..Техред М. Куэьма, Коррек едак тор ко оста ПодписяСР 4 5 ППП нт, г . Ужгород, ул. Проектная,ил каэ 4257/46 Тираж 783 ЦНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раушскмитета Сткрыт ийя наб.,