ЗАРЯДНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве зарядного преобразователя аккумуляторной батареи системы автономного электроснабжения.
Известен зарядный преобразователь, содержащий клеммы источника питания, нерегулируемый инвертор с независимым возбуждением от задающего генератора, силовой трансформатор, схему выпрямления, зарядный контур, содержащий дроссель и накопительный конденсатор, датчик тока, пороговое устройство и транзисторный коммутатор тока, при этом клеммы источника питания, нерегулируемый инвертор, силовой трансформатор, схема выпрямления и зарядный контур соединены последовательно друг с другом, задающий генератор подключен к клеммам источника питания параллельно с нерегулируемым инвертором, датчик тока включен в разрыв минусового провода зарядного контура между минусовым выводом схемы выпрямления и соответствующим выводом накопительного конденсатора, пороговое устройство подключено к датчику тока параллельно и соединено с транзисторным коммутатором тока, а указанный коммутатор включен в разрыв плюсового провода между одноименной клеммой источника питания и соответствующим входом задающего генератора [1]. Данный преобразователь нашел широкое применение в системах автономного электроснабжения для заряда аккумуляторных батарей ввиду того, что схема его проста и надежна, однако ей свойственны недостатки, среди которых основным является импульсный характер тока зарядного тока из-за пульсирующего тока нерегулируемого инвертора, поэтому при больших пульсациях выпрямленного напряжения и низкой частоте пульсаций нельзя отключить напряжение в нужный момент, так как трудно зафиксировать момент достижения напряжения на конденсаторе порогового значения.
Требуемым техническим результатом является повышение точности работы зарядного преобразователя за счет повышения качества выпрямленного напряжения
Поставленный технический результат достигается тем, что в зарядный преобразователь, содержащий последовательно соединенные клеммы источника питания, нерегулируемый инвертор, силовой трансформатор, схему выпрямления и зарядный контур, содержащий дроссель и накопительный конденсатор, при этом в разрыв минусового провода указанного контура между минусовым выводом схемы выпрямления и соответствующим выводом накопительного конденсатора включен датчик тока, к которому параллельно подключено пороговое устройство, соединенное с коммутатором тока, а задающий генератор, управляющий работой нерегулируемого инвертора включен параллельно с указанным инвертором, введен датчик напряжения; включенный параллельно накопительному конденсатору, пороговое устройство снабжено дополнительным входом; нерегулируемый инвертор, силовой трансформатор, схема выпрямления выполнены трехфазными и высокочастотными, коммутатор тока выполнен в виде реле с размыкающим контактом, причем реле подключено к выходу порогового устройства, а размыкающий контакт установлен в разрыв минусового провода между одноименной клеммой источника питания и соответствующими входами задающего генератора и нерегулируемого инвертора, при этом датчик напряжения параллельно подключен к дополнительному входу порогового устройства.
На фиг. 1 представлена структурная схема зарядного преобразователя. На фиг. 2 изображена кривая цикла заряд-разряд накопительного конденсатора зарядного контура.
Зарядный преобразователь содержит (фиг. 1) клеммы источника питания 1, размыкающий контакт 2 реле коммутатора тока 10, нерегулируемый трехфазный высокочастотный инвертор 3, задающий генератор 4, трехфазный высокочастотный силовой трансформатор 5, трехфазную высокочастотную схему выпрямления 6, зарядный контур 7, содержащий дроссель 7-1 и накопительный конденсатор 7-2, датчик напряжения 7-3, датчик тока 8, пороговое устройство 9, снабженное первым входом 9-1, вторым дополнительным входом 9-2 и выходом 9-3, причем размыкающий контакт 2 установлен в разрыв минусового провода между одноименной клеммой источника питания 1 и соответствующими входами задающего генератора 4 и нерегулируемого инвертора 3, указанный инвертор, трехфазный высокочастотный силовой трансформатор 5 и трехфазная высокочастотная схема выпрямления 6 включены последовательно, выход указанной схемы выпрямления 6 соединен с зарядным контуром 7, датчик напряжения 7-3 подключен параллельно к накопительному конденсатору 7-2, выход указанного датчика соединен с дополнительным входом 9-2 порогового устройства 9, а выход датчика тока 8 (не обозначен) соединен с первым входом 9-1 указанного устройства 9.
Все элементы преобразователя серийно выпускаются отечественной промышленностью. Выполнение нерегулируемого инвертора трехфазным и высокочастотным позволяет значительно улучшить качество выпрямленного напряжения, что подтверждается формулой, позволяющей оценить величину коэффициента пульсаций [2]
П1
П3
2
1
2
1
где K, K - коэффициенты пульсации мостовых однофазной и трехфазной схем выпрямления соответственно, т.е. при трехфазной схеме выпрямления коэффициент пульсации уменьшится более чем в 11 раз по сравнению с прототипом. Можно показать, что и частота пульсаций заметно увеличилась при условии, что f >> f, где f, f - частоты высокочастотного инвертора и инвертора при обычной частоте, а именно:
П1
П2
где ω, ω - частоты пульсаций мостовых одно- и трехфазной схем выпрямления.
Поскольку частота пульсаций выпрямленного напряжения увеличилась более чем в 1000 раз, то индуктивность дросселя 7-1 значительно уменьшится.
1
з
ном
1
2
отп
2
Зарядный преобразователь работает следующим образом. В момент появления напряжения на клеммах источника питания 1, когда размыкающий контакт 2, реле 11 коммутатора тока 10 замкнут, указанное напряжение на входы нерегулируемого инвертора 3 и задающего генератора 4 (не обозначены) подается одновременно. При появлении напряжения на входе задающего генератора 4, функции которого может выполнять, например, шестифазный мультивибратор, он генерирует импульсы управления, обеспечивающие коммутацию транзисторов (тиристоров) нерегулируемого инвертора 3, и последний вырабатывает трехфазное прямоугольное напряжение, поступающее на вход (не обозначен) силового трансформатора 5, где осуществляется согласование напряжений источника питания, снимаемого с клемм 1 и напряжения зарядного контура 7. Напряжение силового трансформатора 5 поступает на схему выпрямления 6, где переменный ток преобразуется в постоянный ток, напряжение которого поступает на зарядный контур 7, при этом нежелательные гармоники пульсаций сглаживаются дросселем 7-1, накопительный конденсатор 7-2 заряжается по кривой 0-t (фиг. 2). Ввиду того, что нерегулируемый инвертор 3, силовой трансформатор 5 и схема выпрямления 6 являются трехфазными и высокочастотными, то выпрямленное напряжение, поступающее на зарядный контур 7, будет квазипостоянным, с минимальным значением коэффициента пульсаций, поэтому напряжение заряда накопительного конденсатора 7-2 является постоянным по величине и ток заряда носит не импульсный характер, а постоянный, что позволяет точно определить момент t, при котором напряжение на конденсаторе 7-2 достигнет номинального значения, U = U. Данный момент фиксируется датчиком напряжения 7-3, который выдает сигнал на вход 9-2 порогового устройства 9, которое срабатывает при наличии сигналов на входе 9-1 от датчика тока 8 и на дополнительном входе 9-2 от датчика напряжения 7-3. С выхода 9-3 указанного устройства выдается сигнал на реле 11 коммутатора тока 10, указанное реле разрывает контакт 2, и преобразователь отключается от источника питания, а заряд накопительного конденсатора 7-2 прекращается. На интервале t-t осуществляется разряд конденсатора 7-2 на нагрузку (не показана) до тех пор, пока реле 11 не отпустит (напряжение отпускания U). В момент t замыкается размыкающий контакт 2 и начинается процесс заряда и т.д.
Таким образом, выполнение нерегулируемого инвертора, силового трансформатора и схемы управления трехфазными и высокочастотными позволяет существенно улучшить качество выпрямленного напряжения, и заряд конденсатора 7-2 становится не пульсирующим, а постоянным, а введение электромагнитного коммутатора тока обеспечивает одновременное отключение от источника задающего генератора 4 и нерегулируемого инвертора 3, что улучшает условия их эксплуатации.
Источники, принятые во внимание:
1. Ромаш Э.М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. М., Радио и связь, 1981, стр. 192, рис. 9.16.
2. Грумбина А.Б. Электрические машины и источники питания радиоэлектронных средств. М., Энергоатомиздат, 1990, стр. 106, табл. 5.1.