Система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током

ОГОЗ СОВЕТСКИХ О 1 иАлистически РЕ. СПИМВ ЛИК КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕ НЬГ 10 ИЗО БР ЕТЕ НИ ЯПРИ ГКНТ СССР БРЕТЕНИЯ ОП гьЕТДРСК и Р,М,хлямовСССР В.Г 1, и оазря нерги Эйгель а аккуство ССС, 1976,(54) СИСТЕМА ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ АСИММЕТРИЧНЫМ ТОКОМ (57)Лспользование: система заряда аккумуляторных батарей (АБ) асимметричным током от трехфазного источника переменнОГО тока, обмотки котороо соединень в звезду с выведенной нейтралью, Сущность изобретения: система содержит мостовой выпрямитель-формирователь асимметричнОго тока, два плеча которого образованы тиристорэми (диодами), д дВа друГие зарядноохими - а ккунно к ым дляичным ММЕТОГО ТО" товой и блок лений м уст- ирует- ДИОГО(56) Авторское свидетельствоИ. 404146, кл, Н 027/10, 197Зорохович А,ЕБельскийФ.И, Устройство для заряда лмуляторньх батарей. - М 3с. 7-9 а, с, 203.Авторское свидетельМ 577609, кл, Н 02 д.7/10 Изобретение относится к электр ческим источникам постоянноготока муляторным батареям (АБ), а име зарядным устройствам, используем формовки и заряда батарей асимметр током,Известна система заряда АБ ас оичным током от источника переменн ка, содержащая управляемый мос выпрямитель, подразрядную емкость контроля напрякения батареи и упра вентилями выпрямителей, В указанн ройстве подразрядный импульс форм ся в паузах между импульсами зар, 531757 О 20 псдразрядньми конденсаторами с разными номиналами. 1 арэллельно конденсатору меньшей емкости включается блокирующий диод, соединенный последовательно-соГласно с диодом плеча мостовОГО выпрямителя, при атом соотношение емкостей зарядно-подразрядных конденсаторов равно примерно 1;20, К клеммам выходной диагонали выпрямителя подключейы две цепочки из пары включенных последовательно-согласно диодОВ, точки соединения которых подключаются к свободным линейным выводам источника непосредственно и через дополнительные конденсаторы - к положительной выходной клемме выпрямителя, Емкость дополнительных конденсаторов равна емкости конденсатора, зашунтированного блокируюв,им диодом, При таком формировании асимметричного тока напряжение на выходе системы заояда увеличивается в 2 раза от амплитудного фазного напряжения трехфазного источника, что обеспечивает большой диапазон регулирования постоянной составляющей АТ, 1 ил. тока, что усложняет систему формирования зарядно-разрядных импульсов, так как подразрядньй конденсатор необходимо заряжать через дополнительйый выпрямитель - от второго источника переменного напряжения, Отключение основного источник". от батареи Во времЯ формированиЯ подрьзрядного импульса, осуществляемое тиристорами управляемого выпрямителя, Облегчая формирование подразрядного импульса, приводи к дискретному во времени - импульсному использованию мощности заряднОГО истОчника (т.е. мощность ВО времй пауз не используется), что завышает типовую мощность зарядного источника, Энергия же второго источника для заряда батареи не используется,Известна также система заряда а,кумуляторной батареи асимметричным таком, содержащая источник переменчого тока, мостовой выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого через токоограничиоающее сопротивление, например, линейный дроссель, подключены к клеммам АБ, электрическую разрядную емкость и блок контроля напряжения батареи и управления вентилями выпрямителя,Так как формироВание асимметричнОГО тока в этой системе Осуществляется наложением на постоянный ток трехфазного выпрямителя отрицательных подраэрядных импульсбв и энергия этих подразрядных импульсов батареи рассеивается на составляющих актионого сопротивления системы, заряд батареи а таком устройстве характеризуется низким КПД.Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система заряда АБ асимметричным током, содержащая источник переменного тока в виде трехфазного трансформатора, вторичные обмотки которого включены последовагельно так, что две обмотки соединены между собой последовательно согласно и встречно с третьей обмоткой, мостовой выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого через токоограничивающее сопротивление, например, линейный дроссель, подключены к клеммам АБ, электрическуо разрядную емкость и блок контооля напряжения батареи и управления вентилями выпрямителя, причем электрическая разрядная емкость выполнена а виде двух конденсаторов, включенных о два накрестлежащих плеча мостового выпрямителя, два другие плеча которого образуют тиристоры, а клеммы входной диагонали соединены со вторичными обмотками указанного трансформатора,В этой системе заряда формирование асимметричного тока осуществляется нэложением на переменный ток ограниченный емкостнцм сопротивлением зарядно-разрядных конденсаторов) импульсов выпрямленного тока, постоянная составляющая которого, эапасаемая в аккумуляторах, не восполняет емкость АБ, израсходованную при ее разряде, Батарея в такой системе может быть заряжена до напряжения, вдвое превышающего амплитуду фаэного напряжения трехфазного источниа переменного тока. -а передача энергии источника о АБ Осуществляется с высоким КПД, так как потери мощности в данной цепи примерно на даа порядка меньше, чем в цепи с активным сопротивлением, Однако невысокое относительное значение зарядного напряжения 1 то есть заряд батареи только до амплитуды НаПРЯжЕНИЯ ИСтОЧНИа ПЕРЕМЕННОГО тОКа, что характеризуется относительным зарядным напряжением, равны единице) ухудшает удельные энергетические показатели и этой системы,Кроме того, весьма существенным недостатком этой системы является то, что Она может быть использована только при заряде от автономного трехфазного источника, обмотки которого вклочаются в ячейку по- следовательно, что практически исключает возможность использования данной системы для заряда от неавтономного источника.Цель изобретения - улучшение удельных энергегических показателей системы заряда АБ АТ путем уаелич:ния скорости передачи энергии источника о заряжаемую батарею, .Поставленная цель достигается тем, что система заряда аккумуляторной батареи и асимметричным током, содержащая источник переменного тока в виде трехфазного трансформатора, мостовой выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого подключенц к клеммам аккумуляторной батареи, электоическую разрядную емкость и блок контроля напрюкения батареи и управления вентилем выпрямителя, причем электрическая разрядная емкость выполнена в виде двух конденсаторов, включенных в два накрестлежащих плеча мостового выпрямителя, два другие плеча которого обоаэуют вентили, а клемма входной диагонали соединена с линейным выводом вторичной Обмо,ки укаэанного трансформатора, обмотки трехфазного источника соединены звездой с выведенной нейтралью, система дополнительно снабжена блокирующим диодом, при этом один из ее конденсаторов имеет емкость, по меньшей мере в 20 раэ отличную от емкости другого конденсатора и параллельно конденсатору меньшей емкости включен блокирующий диод, соединенный последовательно-согласно с вентилем смежного плеча упомянутого мостового выпрямителя, а к клеммам выходной диагонали дополнительно подключены дае цепочки из пары включенных последовательно-согласно диодов, точки соединения которых подключены к свободнцм линейным выводам упомянутого трансформатора непосредственно и черездополнительные конденсаторы - к положительной выходной клемме мОстОВОГО выпря мителя, а свободная клемма его входнойдиагонали к выводу нейтрали звезды, приэтом емкость дополнительных кснденсэто"ров равна емкости кснденсатооа, зашунтированнсго блокирующим диодом,На чертеже показана электрическая 5схема системы,В данной системе аккумуляторная батарея 1 подключена к выходным клеммам мостового управляемого вырямителя 2, кклеммам 3 и 4 входной диагонали которого 10подключены обмотки трехфазного источника переменного тока 5, соединенные в звезду с выведенной нейтралью, В дванакрестлежащие плеча моста 2 включеныконденсаторы 6 и 7 различной емкости, е 15два другие его плеча образуют диод 8 итиристор 9, сигналы на сткрытле которогоподаются от блока 10, осушествляющегоконтроль напряженля батареи и источника,а также фазовсе управление тиристором, 20который может быть выполнен по любойизвестной схеме. Емкости конденсаторов 6и 7 отличны друг от друга по меньшей мерев 20 раэ и параллельно конденсатору сменьшей емкостью (7) включен блокирующий диод 11, который соединен последовательно согласно с диодом 8. Выводнейтрали обмотки ТИПТ подключен к общейточке 12 соединения конденсатора 6 и тиристора 9. 30Две цепочки, каждая из которых состоит из пары включенных последовательно-согласно диодов 13, 14 и 15. 16 подсоединенык клеммам выходной диагонали моста, Общие точки соединения диодов каждой этой 35цепочки непосредственно подключены ксвободным линейным выводам 4 и 17 источники 5 и через дополнительные конденсаторы 18 и 19 - к положительной выходнойклемме мостового выпрямителя. 40При рассмотрении процессов в системезаряда будет считать, что тиристор 9 в соответствующие моменты времени открыт, т,е,проводит ток как обычный диод.Формирование асимметричного тока в 45данной системе заряда осуществляется путем наложения шести (за один период) Однсполярных (так называемых униполярных)зарядных импульсов тока источника на переменный ток. протекающий поочередно 50через каждую Фазу источнлка 5 и конденсаторы зарядно-подразрядной емкости. Конденсатор 6 вместе с конденсаторами 7, 18 и19 образуют три делителя переменного иодин умножитель постоянного напряжения. 55Этот умножитель повышает вдвое зарядноенапряжение АБ.Унипслярные зарядные импульсы, СОэдающие постоянную сосатвляющую асимметричного тока (за период изменения напряжения трехфазного источника). Формируются по трем следующим цепям: источ. ник 5-12-9-1 8-3 - источник: источник 5-12-9-1-14-4 - источник 5, источник 5-12-9.1-16-17 - источник 5 (когда напряжение на АБ меньше амплитудного фазнсго значения НЭПРЯЖЕНИЯ ИСтоЧНИКа, Т,Е. БАБОт.ф,кст), а также по трем цепям: источник 5-3-11-1-6- 12 - источник 5; источник 5-4-13-1-6.12 - источник 5; источник 5-17-15-1-6-12 - источник 5 - когда напряжение батареи меньше УДВОЕННОГО ЗнаЧЕНИЯ От.ф.ист,Песеменная составлОщаЯ А" проводится по тем цепям: 1-7-3 - источник 5-12-6-1: 1-18-4 - источник 5-12-6-1; 1-19-17 - источник 5-12-6-1 прл подразряде АБ и эапасание ее энергии в конденсаторах 7, 18 и 19, и по цепям: источник 5-3-7-1-6-12 - источник 5 при возврате в АБ энергии подразрядного импульса,Так как емкость конденсаторов 7, 18 и 19 примерно в 20 раз меньше емкости конденсатора 6, при подразряде АБ на емкостные делители напряжения 7-6, 18-6 и 19-6 конденсаторы 7, 18 и 19 заряжаются от АБ 1 до напряжения, равного примерно 95 а конденсатор 6 - 5 от напряженля цепи: источник 5 - АБ 1,Рассмотрим работу системы за период измененля напряжения первой фазы источника (верхней по чертежу) и при напряжении АБ меньшем амплитудного Фазного напряжения источника 5, Будем считать в начальный момент фазовое напряжение первой фазы положительным на клемме 12, на клемме 3 - отрицательным. Когда напряжение укаэанной фазы источника 5 превысит напряжение АБ 1, она заряжается по цепи: клемма 12, тиристор 9, батарея 1, вентиль 8, клемма 3. Конденсаторы 6 и 7, включенные параллельно рассмотренной цепи заряда АБ 1, заряжаются соответственно через открытые вентили 8 и 9 до напряжения батареи и запасают при этом энергию источника. Диод 11 находится в запертом состоянии, так как и к его катоду приложен положительный потенциал относительно анода.Заряд батареи по рассматриваемой цепи продолжается до тех пор, пока напряжение первой Фазы источника 5. возрастая ПО абсолютной величине, а затем убывания, .; станет равным напряжению батареи. Вентили 8 и 9 при атом перестают проводить ток источника и их сопротивление бесконечно возрастает, В это.время параллельно батарее Оказывается включенной цепь из трех соединенных последовательно источников: конденсатора 7, источника 5 и конденсатора 6, напряжения которых равны друг другу.40 Суммарное напряжение рассматриваемой цепл равно напряжению батареи, так как полярность напряжения первой фазы источника Обратна пс Отношению к поля" Ости . нагряжений конденсаторов,По мере уменьшения напряжения первой фазы источника суммарное напряжение рссматриваемой цепи возрастает и поэтому конденсаторь, разряжаясь, отдаОт батарее энергию, запасенную ими от источника. Так как энергия запасенная конденсатором 7, примерно в 20 раз меньше энергли запасенной конденсатором 6, этот конденсатор отдает свою энергию бьстрее, чем конденсатор 6, который продолжает отдавать энергию в АБ через открывшийся диод 11 по цепи: 6-12-3-11-1-6. В момент врвени, когда напряжение первой фазы иСтсчникэ 5 становитсЯ равным нулю, кснденсатОр 6 разряжается до напрякения, равного напряжению батареи,В следующем полупериоде изменения напряж 8 ниЯ пеэвОЙ фазы источника 5, ксГда на клемме 3 пслсжлтельный потенциал, а на клемме 12 - отрицательньй, полярность включения конденсатора 6 и первой фазы источника 5 становится согласной и конденсатор 6 продолжает разояжаться на АБ по той же цепи: 6-12-3-11-1-6 до тех пор, пока мгновенное значение напряжения первой фазы источника 5 не станет равным напряжению АБ, После этого полярность напряжения конденсатора 6 лзменяется, так как он в это время перезаряжается, Заряд АБ продолжается до тех пор, пока напряжение первой фазы источника не достигнет максимального значения. В это время зарядный импульс тока АБ прекращается, Напряжение на конденсаторе 6 в это время равно разности амплитудного значения напряжения первой фазы источника и батареи,В момент уменьшенля мгновенного значенля напряжения первой фазь источника начинается подразряд АБ через источник 5 на конденсаторы, 6 и 7, первый из которых снова перезаряжается, Псдразрядный импульс продолжается до тех пор, пока напряжение источника не станет равным нулю, В это время напряжение конденсатора 7 примерно равно напряжению батареи, а напряжение конденсатора 6 примерно равно нулю (по крайней мере в 20 раз меньше напряженля на конденсаторе 7). Диод 11 вновь заперт.Псдраэрядный импульС АБ будЕт прсдолжаться и после обратной смены полярности напряжения первой фазы источника (начинается второй период изменения напряжения первой фазы источника) до тех пор, пока напряжение данной фазы не станет равным напрякению АБ, В это время подразрядньй импульс прекращается, и если вентили В и 9 открыты, то источн,1 к осуществляет заряд АБ и подзаряд конденсаторов 6 и 7 От первоЙ фазы исочниа аналогично рассмотренному выше.Если тиристор 9 закрыт, ток источника в АБ через вентили 9 и 8 (14, ",6) не протекает, Изменяя время открытия тиристора 9 мвкно регулировать среднее значение тока заряда АБ в течение полуперлода изменения напряжения каждой фазы источника 5,когда на клемме 12 положительный потенциал,Ес и напряжение АБ больше амплитудного фазного значения, напряжения источника, по меньше ее удвоеНого значения Ит, р.исЛь 2 Ь.ф.ист, зарядная цепь батареи от первой фазы источника 5 непосредственнс (источник 5-12-9-1-8-3 - источник 5) энергис в АБ не передает, а батарея заряжается от источника только чер з вольтодобаваЫЙ конденсатор 6, который, проводя переменнуо составляющую асимметричноГс тОка, Заряжа 8 тся от источника в полупериоды, когда на клемме 12 положительный потенциал и разряжается на АБ через источник 5 в полупериоды, кода на клемме 12 отрицательньй потенциал. Так как максимальное зарядное напряжение на конденсаторе 6 равно амплитудному фазному значениО напряжения источника, то АБ может быть заряжена до напряжения, практически вдвое превышаОщего амплитудное значение напряжения каждой фазы источника 5, Работа системы заряда с учетом действия двух других фаз за период изменения напряжения (тока) источника 5 приводит к тому, что число зарядных и подразрядных импульсов утраивается. Вследствие этого среднее значение постоянной составляю- щ 8 Й асимметричнсГО тОка и заряднОЙ мощности (по сравнению с прототипом) также утраивается, 1;роме ТОГО, так как источник 5 формирует зарядные импульсы тока со сдвигом на 120 эл.градуменьшается неравномерность отбора мощности от источника, что приводит к повышению значения коэффициента мощности источника, который рабсгает в динамически уравновешенном режиме, Это приводит к дополнительному улучшению удельных энергетических показателей системы, Однако требует использования 7 (семл) вентилей.Выполнение конденсаторов 6 и 7, 18, 19 различной емкости и включение пврвллельно конденсаторам меньшей емкости 7, 18 и 19 соответственно диодов 11, 13 и 15 исключает их перезаряд, а также позволяет использовать в качестве этих конденсаторовлюбых электролитических конденсаторов,характеризуемых относительно болшимиудельными энергиями, Кроме того, бестрансформаторным путем практически вдвое 5увеличивается зарядное напряжение всистеме, в результате чего повышается значение постоянной составляющей асимметричного тока и, соответственно, скоростьпередачи энергии источника в заряжаемую 10АБ, что исключает необходимость применения повышающего трансформатора,Таким образом, снабжение системы заряда АБ с асимметричным током содержащей мостовой вентильно-конденсаторный 15выпрямитель-формирователь асимметричного тека) блокирующим диодом и выполнение делителя переменного и умножителяпостоянного напряжения на двух конденсаторах выпрямителя-формирователя путем 20выбора различной емкости этих конденсаторов и шунтирование каждого конденсатора меньшей емкости блокирующи диодом сувеличением числа делителей переменногонапрякения и умножителей постоянного 25напряжения приводит к увеличению зарядного напряжения и повышение скорости передачи энергии трехфазного источника, атакже повышает значение заоядной мощности путем уменьшения количесгва зарядных 30импульсов за период изменения напряжения источника. Б конечном итоге улучшается удельные энергетические показателисистем заряда от источника при соединенииего обмоток по четырехпроводной схеме, 35Формула изобретенияСистема заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащаяисточник переменного тока в виде трехфаз 40 ного трансформатора, мостовой управляемый выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого подключены к клеммам аккумуляторной батареи, электрическую зарядно-разрядную емкость и блок контроля напряжения батареи и управления вентилями выпрямителя, причем электрическа зарядно-разрядная емкость выполнена в виде двух конденсаторов, включенных в два накрестлежащих плеча мостового выпрямителя, два других плеча которого образуют вентили, а клемма входной диагонали соединена с линейным выводом вторичной обмотки трансформатора, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей, обмотки источника соединены звездой с ведной нейтрглью, система дополнительно снабжена блокирующим диодом, при этом один из ее конденсаторов имеет емкость, по меньше мере в 20 раз отличную от емкости другого конденсатора, и параллельно конденсатору меньшей емкости включен блокирующий диод, соединенный последовательно согласно с вентилем смежного плеча мостового выпрямителя, а к клеммам выходной диагонали дополнительно подключены две цепочки из пары включенных последовательно согласно диодов, точки соединения которых подключены к свободным линеййым выводам трансформатора непосредственно и через дополнительные конденсаторы - к положительной выходной клемме мостового выпрямителя, свободная клемма входной диагонали которого подключена к выводу нейтрали звезды, при этом емкость дополнительных конденсаторов равна емкости конденсатора, зашунтированного блокирующимдиодом.ааодстцецо идателский кор бираД, естУмторор уда арицЗаказ 3095ВНИИПИ Тйрак дарстаечиоГО кбми 113035, Моск