Система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током

ЮЗ СОВЕТСКИХЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ЕСПУБЛ 9))5 Н 7/10 ЗОБР ПИСАНИ ИДЕТЕЛЬСТВУ . К АВТОРСКОМ ф ку ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 404146, кл. Н 02 7/10, 1971,Зорохович А.К., Бельский В.И., Эйгель.И., Устройство для заряда и разряда акмуляторных батарей, - М,:Энергия, 1975,рис,7-9, а, с. 203,Авторское свидетельство СССР(54) СИСТЕМА ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙБАТАРЕИ АСИММЕТРИЧНЫМ ТОКОМ(57) Использование; в системах заряда аккумуляторных батарей (АБ) асимметричнымтоком от трехфазного источника переменного тока, обмотки которого соединены взвезду с выведенной нейтралью, Сущностьизобретения: система содержит мостовой Изобретение относится к электрохимическим источникам постоянного тока - аккумуляторным батареям (АБ), а именно, к зарядным устройствам, используемым для формовки и заряда батарей асимметричным током,Известна система заряда батарей асимметричным током от источника переменного тока, содержащая управляемый мостовой выпрямитель, подразрядную емкость и блок контроля напряжения батареи и управления вентилями выпрямителя. В указанной системе подраэрядный импульс формируется в паузах между импульсами зарядного тока,что усложняет систему формирования зарядно-разрядных импульсов, так как подразрядный конденсатор необходимо выпрямитель-формирователь асимметричного тока, два плеча которого образованы диодами, а два другие - зарядно-подраэрядными конденсаторами. Параллельно конденсатору меньшей емкости включают блокирующий диод, при этом соотношение емкостей зарядно-подраэрядных конденсаторов равно примерно 1:20. К клеммам выходной диагонали дополнительно подключены две диодно-конденсаторные цепочки, точки соединения которых подключены к свободным линейным выводам упомянутого источника переменного тока. Свободная клемма входной диагонали мостового выпрямителя подключена к выводу нейтрали звезды, При таком формировании асимметричного тока напряжение на выходе системы увеличивается в 2 раза от амплитудного фаэного напряжения источника,1 ил,заряжать через дополнительный выпрямитель от второго источника переменного напряжения, Отключение основного источника от батареи во время формирования подразрядного импульса, осуществляе- О мое тиристорами управляемого ОО выпрямителя, облегчая формирование под- . с, разрядного импульса, приводит к дискрет- ф ному во времени импульсному использованию мощности зарядного источника (т.е, его мощность во время пауз не используется), что завышает типовую мощность зарядного источника. Энергия же второго. источника для заряда батареи не используется,Известна также система заряда (СЗ) аккумуляторной батареи асимметричным то5 10 15 20 ности к данному изобретению является система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащая источник электрической энергии переменного тока, например, в виде трехэфазного трансформатора, мостовой выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого подключены к клеммам аккумуляторной батареи, электрическую зарядно-разрядную емкость, выполненную в виде двух конденсаторов, которые включены в два накрест- лежащих плеча мостового выпрямителя, два другие плеча которого образуют диоды, а одна клемма входной диагонали соединена с линейным выводом источника переменного тока,В этой системе заряда (СЗ) формирование асимметричного тока (АТ) осуществляется наложением на переменный ток (ограниченный емкостным сопротивлением за рядно-раз рядн ых конденсаторов) импульсов выпрямленного тока, постоянная составляющая которого, запасаемая в аккумуляторах, восполняет емкость АБ, израсходованную при ее разряде. Батарея в такой системе может быть заряжена до напряжения, вдвое превышающего амплитуду фазного напряжения трехфазного источника, а передача энергии источника в АБ осуществляетСя с высоким КПД, так как потери мощности в данной цепи примерно на два йорядка меньше, чем в цепи с активным сопротивлением. Однако, сравнительно невысокое относительное значение зарядного напряжения (то есть, заряд батареи 55 только до амплитуды напряжения источника переменного-тока, что характеризуется зарядным напряжением равным единице) ухудшает удельные .электрические показаФ тели и этой системы, в которой трансфорком, содержащая источник переменного тока в виде трехфазного трансформатора, трехфазный мостовой выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого через токоограничивающее сопротивление в виде линейного дросселя подключены к клеммам АБ, управляемую мостовым тиристорным инвертором, электрическую разрядную емкость и блок контроля напряжения батареи и управления вентилями выйрямителя,Так как формировайие, асймметрического тока в" этой системе осуществляется наложением на постоянный ток трехфазного выпрямителя отрицательных подразрядных импульсов и энергия этих подразрядных импульсов батареи рассеивается на составляющих активного сопротивления системы, заряд батареи в таком устройстве характеризуется низким КПД.Наиболее близкой по технической сущ 25 30 35 40 45 50 матор. работая в однофазном режиме, используется всего на 2/3.Кроме того, весьма существенным недостатком этой системы является то, что она может быть использована только при заряде от автономного источника, обмотки которого включаются в ячейку последовательно, что практически исключает возможность использования данной системы для заряда от неавтономного источника, обмотки которого соединены, например, по схеме электрической звезды. Целью изобретения является улучшение удельных энергетических показателей системы заряда батареи и ускорения процесса заряда, т.е. скорости передачи энергии в батарею, оцениваемую численно средним значением зарядной мощности и равной произведению зарядного напряжения батареи на среднее за период значение постоянной составляющей АТ.Поставленная цель достигается тем, что система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащая источник электрической энергии переменного тока, например, в виде трехфазноготрансформатора, мостовой выпрямитель,клеммы выходной диагонали которого подключены к клеммам аккумуляторной бэтареи, электрическую зарядно-разряднуюемкость, выполненную в виде двух конденсаторов, которые включены в два накрестлежащих плеча мостового выпрямителя, двадругие плеча которого образуют диоды, а одна клемма входной диагонали соединена с линеййым выводом источника переменного тока, обмотки источника соединены в электрическую звезду с выведенной нейтралью и дополнительно введен блокирующий диод, при этом один из конденсаторов системы имеет емкость, по меньшей мере, в 20 раз отличную от емкости другого конденсатора ипараллельно конденсатору мень- . шей емкости включен блокирующий диод, соединенный последовательно-согласно с диодом плеча упомянутого мостового выпрямителя, к клеммам выходной диагонали дополнительно подключены две диодноконденсаторные цепочки, состоящие из соединенных последовательно диода и конденсатора, точки соединения которых подключены к свободным линейным выводам упомянутого источника переменного тока, свободная клемма входной диагонали мостового выпрямителя подключена к выводу нейтрали звезды, при этом емкость каждого из дополнительных конденсаторов введенных диодно в конденсаторн цепочек равна емкости конденсатора плеча мостового выпрямителя, не зашунтированного блокирующим диодом,Выполнение системы заряда сдопопнительным блокирующим диодом и подключением к клеммам выходной диагонали дополнительно двух диодно-конденсаторных цепочек и соединенных последовательно диода и конденсатора, общие тоцки которых подключены к свободным выводам трехфазного источника переменного тока, при этом емкость каждого дополнительного конденсатора равна емкости большего по величине конденсатора разрядной емкости, отпицая ее от резьбового объекта и прототипа, обеспечивает улучшение удельных энергетических показателей системы заряда при разряде АБ от неавтономного ТИПТ.На чертеже приведена электрическая схема системы заряда согласно изобретению. В данной системе аккумуляторная батарея 1 подключена к выходным клеммам мостового выпрямителя 2, к клеммам 3, 4 и 5 входной диагонали которого подключены обмотки трехфазного источника переменного тока 6 (фазы А, В и С), соединенные в электрическую звезду с выведенной нейтрапью О. В два накрестлежащие плеча моста 2 включены конденсаторы 7 и 8 различной емкости, а два другие его плеча образуют диоды 9 и 10. Емкость конденсаторов 7 и 8 отлична друг от друга по меньшей мере в 20 раз и параллельна конденсатору с меньшей емкостью (8) включен блокирующий диод 11, соединенный последовательно - согласно с диодом 9. Вывод нейтрали обмотки источника (О) подключен к общей точке 12 соединения конденсатора 8 и диода 9.Две цепоцки, каждая из которых состоит из пары включенных последовательно конденсатора 13 и диода 14, а также конденсатора 15 и диода 16, подсоединены к клеммам выходной диагонали моста, Общие точки соединения диодов и конденсаторов каждой этой цепочки непосредственно подключены к линейным выводам 4 и 5 источника. Емкость каждого из конденсаторов 13 и 15 введенных диодно-конденсаторных Цепочек равна емкости конденсатора большей емкости (7).Формирование асимметричного тока (АТ) в этой системе заряда осуществляется путем налакения шести (за один период) однопопя рных (так называемых униполярных) зарядных импульсов тока источника на переменный ток, протекающий поочередно через каждую фазу источника 6 и конденсаторы зарядно-разрядной емкости, Конден.- сатор 8 вместе с конденсаторами 7, 13 и 15 образуют три делителя переменного и три умножителя постоянного напряжения. Эти умножители повышают в два раза зарядноенапряжение АБ.Унипопярные зарядные импульсы, создающие постоянную составляющую тока5 (за период изменения напряжения источника), формируются по трем следующим цепям: источник 6-12 - 9-1-10-3 - источник 6;вторая цепь; источник 6-12-9-1-14-4 - источник 6 и третьея цепь: источник 6-12-910 1-16-5 - источник 6 (когда напряжение АБменьше амплитудного фазного значения напряжения источника, т,е. ОАБ От.фист), атакже по трем другим цепям: источник 6 - 3 -7-1-11-12 - источник 6; вторая цепь: источ 15 ник 6 - 4-13-1-11-12 - источник 6 и третьяцепь: источник 6-5-15-1-11-12 - источник6- когда напряжение батареи меньше удвоенного амплитудного значения напряженияОт.ф. истоцника.20 Переменная составляющая АТ. проводится по трем цепям. 1-7-3 - . источник 6 -12-8-1; 1-13-4 - источник 6-12 -8 - 1 и1-15-5 - источник 6-12-8-1 - при подразряде АБ и запасании энергии в конденсато 25 рах 7, 13, 15 и 8, а также по цепям: источник6 - 3 - 7 - 1 - 8 - 12 - источник 6; источник 6-4 -13-1 - 8 - 12 - источник 6 и источник 6-5-15 -1- 8-12 - источник 6 при возврате в АБэнергии подразрядного импульса,30 Так как емкость конденсатора 8 примерно в 20 раз меньше емкости конденсатора 7,13 и 15, то при подразряде АБ на емкостныеделители напряжения 7 - 8 и 15-8, конденсатор 8 заряжается от АБ 1 до напряжения,35 равного примерно 95 о , а конденсаторы 7,13 и 15 - 5 оот напряжения цепи: источник6 - АБ 1,Рассмотрим работу системы за периодизменения напряжения первой фазы источ 40 ника (А - 0) и при напряжении АБ, меньшем. амплитудного фазного напряжения источника 6.Приняв, что в рассматриваемой системепрямой порядок следования (чередования) 45 фаз, т,е. А, В, С, будем считать в начальныймомент фазовое напряжение первой фазы положительным йа клемме 12, а на клемме 3 - отрицательным. Когда напряжение указанной фазы источника 6 превысит напря жение АБ 1, она заряжается по цепи; клемма12, вентиль 9, АБ 1, вентиль 10, клемма 3, Конденсаторы 7 и 8, включенные параллельно рассмотренной выше цепи заряда АБ 1, заряжаются соответственно церез вентили 55 9 и 10 до напряжения батареи (имея положительный потенциал на верхней по схеме фиг,1 обкладке и отрицательный - на нижней) и запасают при этом энергию источника, Диод 11 находится в запертом .состоянии, так как к его катоду приложенположительный потенциал относительно анода - за счет шунтирования его конденсатором 8,.Заряд батареи до рассматриваемой цепи продолжается до тех пор, пока напряжение первой фазы источника, возрастая по абсолютной величине, а затем убывая, вновь станет равным напряжению батареи. Вентили 9 и 10 при этом запираются и перестают проводить ток источника и их сопротивление бесконечно возрастает. В это время параллельно батарее оказывается включенной цепь из трех последовательно соединенных источников: конденсатора 7, источника 6 и конденсатора 8, напряжения которых равны друг другу, однако суммарное напряжение рассматриваемой цепи в это время равно напряжению батареи, так как полярность напряжения первой Фазы источника обратна по отношению к поляркости напряжений конденсаторов.По мере уменьшения напряжения первой фазы источника суммарное напряжение рассматриваемой цепи возрастает и поэтому конденсаторы, разряжаясь, отдают батарее 1 энергию, запасенную ими от , источника 6,Так как энергия, запасенная конденсатором 8, примерно в 20 раз меньше энергии, запасенной конденсатором 7, этот конденсатор 8 отдает свою энергию батарее, чем конденсатор 7, который продолжает отдавать"энергию в АБ через открывшийся диод 11 по цепи: 7-АБ 1-11-12 - источник 6-3-7; В момент времени, когда напряжение первой фазы источника становится равным нулю, конденсатор 7 разряжается до напряжения, равного напряжению батареи 1.В следующем полупериоде изменениянапряжения первой фазы источника 6, когда на клемме 3 положительный потенциал, на клемме 12 - отрицательный, полярность включения конденсатора 7 и первой фазы источника 6 становится согласной и конденсатор 7 продолжает разряжаться на АБ по той же цепи: 7-1-11-12-6 - 3-7 до тех пор, пока мгновенное значение напряжения первой фазы источника 6 не станет равным напряжению АБ. Конденсатор 7 в это время разряжен полностью, После этого полярность напряжения конденсатора 7 изменяется, так как он, ограничивая ток заряда .батареи 1, в это время начинает перезаряжаться. Заряд АБ 1 продолжается до тех пор, пока напряжение первой фазы источника не достигнет максимального значения, В это время зарядный импульс тока АБ прекращается. Напряжение на конденсаторе 7 в это "время равно разности амплитудного значения напряжения первой фазы источника и батареи и положительный потенциал - на нижней по схеме фиг.1 обкладке,В момент уменьшения мгновенного5 значения напряжения первой фазы источника начинается подразряд АБ через источник 6 на конденсаторы 8 и 7, первый изкоторцх, вновь разрядившись, снова перезаряжается. Подразрядный импульс про 10 должается до тех пор, пока фазовоенапряжение источника не станет равнымнулю. В это время напряжение конденсатора 8 примерно равно напряжению батареи,а напряжение конденсатора 7 примерно15 равно нулю(по крайней мере в 20 раз меньше напряжения на конденсаторе 8), Диод 11в это.время вновь заперт,Подразрядный импульс АБ будет продолжаться и после обратной смены поляр 20 ности напряжения первой фазы источникадо тех пор, пока напряжение данной фазыне станет равным напряжению АБ, В этовремя подразрядный импульс прекращается, и если вентили 9 и 10 открыты, то источ 25 ник осуществляет заряд АБ и подразрядконденсаторов 7 и 8 от первой Фазы источника аналогично рассматриваемому выше.Если напряжение батареи больше амплитудного Фэзного значения напряжения30- источника, но меньше ее удвоенного значе. ния (От,фист.ОАБ 2 От.фист), зарядная цепьбатареи от первой фазы источника 6 непосредственно (источник 6-12-9-1-10-3 - источник 6) энергию в АБ не передает, а35 батарея заряжается от источника только через вольтодобавочный конденсатор 7, который, проводя переменную составляющуюасимметричного тока, заряжается от источника 6 в полупериоды, когда на клемме 1240 положительный потенциал и разряжаетсяна АБ.через источник 6 в полупериоды, когда на клемме 12 отрицательный потенциал.Так как максимальное зарядное.напряжение на конденсаторе 7 почти равно ампли 45 тудному фазному значению напряженияисточника, то батарея может быть заряженадо напряженности, практически вдвое превышающего амплитудное значение напряжения каждой фазы источника 6.50 Работа системы,с учетом действия двухдругих фаз на каждый период изменениянапряжения (тока) источника приводит к тому, что число зарядных и подзарядных импульсов утраивается. Вследствие этого55 среднее значение постоянной составляющей АТ и зарядной мощности (по сравнениюс прототипом) также утраивается. Кроме того, так как зарядный источник формируетзарядные импульсы тока со сдвигомна 120эл.градусов, уменьшается неравномерность51015 20 25 30 показателями. 40 50 отбора мощности от источника, что приводит к повышению значения коэффициента мощности источника, который работает в динамическом уравновешенном режиме, Это приводит к дополнительному улучшению удельных энергетических показателей системы в целом.8 данной системе заряда бестрансформаторным путем практически вдвое увеличивается зарядное напряжение, в результате чего повышается значение постоянной составляющей асимметричного тока и, соответственно, скорость передачи энергии источника в заряжаемую АБ, что исключает необходимость применения повышающего трансформатора.В связи с тем, что самым тяжелым элементом (звеном) системы заряда является источник эл.энергии переменного тока (на долю которого приходится примерно 8590 массы системы), введение массы формирователя асимметричного тока, приводя к полному использованию мощности (и массы) источника (трансформатора), позволяет улучшить практически в 1,5 раза использование его массы. Поэтому система в целом, - за счет уменьшения массы источника более чем на 30 О, - характеризуется улучшенными импульсами энергетическими.Таким образом, снабжение системы заряда АБ асимметричным током, содержащей мостовой вентильно-конденсаторный выпрямитель-формировательтока, блокирующим диором и выполнение делителя переменного и умножителя постоянного напряжения на двух конденсаторах выпрямителя-формирователя тока путем выбора различной емкости этих конденсаторов и шунтирование конденсатора меньшей емости блокирующим диодом с увеличением числа делителей меньшей емкости блокирующим диодом с увеличением числа делителей переменного напряжения и.умножителей постоянного напряжения приводит к увеличению зарядного напряжения и соответственно, к повышению скорости передачи энергии источника в батарею, а также повышает значение зарядной мощности путем умножения количества зарядных импульсов за период изменения напряжения источника. Поэтому в конечном итоге улучшаются удельные энергетические показатели систем заряда при соединении обмоток трехфазного источника по четырехпроводной схеме, т.е, по схеме электрической звезды с выведенной кейтралью,Ф ормула изо 6 рете н и я Система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащая источник электрической энергии переменного тока в виде трехфазного трансформатора, мостовой выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого подключены к клеммам аккумуляторной батареи, электрическую эарядно-разрядную емкость, выполненную в виде двух конденсаторов, которые включены в двэ накрестлежащих плеча мостового выпрямителя, два другие плеча которого образуют диоды, а одна клемма входной диагонали соединена с линейным выводом источника переменного тока, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей системы и ускорения процесса, обмотки источника соединения в электрическую звезду с выведенной нейтралью и дополнительно введен блокирующий диод, при этом один из конденсаторов системы имеет емкость по меньшей мере в 20 рэз отличную от емкости другого конденсатора и параллельно конденсатору меньшей емкости включен блокирующийдиод, соединенный последовательно согласно с диодом смежного плеча упомянутого выпрямителя, к клеммам выходной диагонали дополнительно подключены две диодно-конденсаторные цепочки, состоящие из соединенных последовательно диода и конденсатора, точки соединения которых подключены к свободным линейным выводам упомянутого источника переменного тока, свободная клемма входной диагонали мостового выпрямителя подключена к выводу нейтрали звезды, при этом емкость каждого из дополнительныхх конденсаторов введен н ых диод- но-конденсаторных цепочек равна емкости конденсатора плеча мостового выпрямителя, не зашунтированного блокирующим диодом.1781768 Кулака дэкто 4279 Тираж ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 СоставительТехред М.Мо Николаевнтал Корректор 3, Садко