УСТРОЙСТВО ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРОВ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ РАЗВЕДЫВАТЕЛЬНЫХ ГРУПП
DEVICE FOR CHARGING BATTERIES FOR ELECTRONIC INTELLIGENCE GROUPS

Предлагаемое изобретение относится к области радиоэлектроники и связи и может быть использовано для расширения функциональных возможностей мобильных и индивидуальных средств радиосвязи, навигации и локации разведывательных и десантных подразделений, действующих в отрыве от электрических сетей и передвижных мастерских технического обслуживания.
Известно устройство заряда аккумуляторов электронных средств разведывательных групп, содержащее преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока заряда аккумуляторов [1. Рогачев В.Д., Пузевич Н.Л., Писарчук А.В., Меркушов Ю.Н., Энергоснабжение телекоммуникационных систем: учебник. - Рязань: РВВДКУ, 2014. - 380 с.].
Известное устройство заряда аккумуляторов электронных средств разведывательных групп построено по принципу использования сетевой электрической энергии с переменным напряжением u=Usinωt, уменьшения величины действующего значения напряжения, выпрямления полученного напряжения, снижения пульсаций и установления, стабилизации величины постоянного напряжения, удовлетворяющей требованию заряда некоторого заданного типа аккумулятора. В отсутствие электрической сети в известном устройстве используется в качестве источника электрической энергии фотоэлектрический преобразователь световой энергии в электрическую энергию, с последующим преобразованием уровня напряжения, удовлетворяющего для заряда заданного типа аккумулятора.
Недостатками известного устройства является зависимость его работоспособности от наличия систем сетевой электроэнергии или интенсивного светового излучения для восстановления электрического заряда электрохимических источников (аккумуляторов) в отсутствие световой и сетевой электроэнергии. Такие недостатки не позволяют восстанавливать рабочий заряд аккумуляторов (электрохимических источников) в северных широтах, в условиях полярной ночи, в темное время суток в средних широтах, а также в условиях преимущественного действия в укрытиях.
Технический результат направлен на энергообеспечение электронных средств разведывательных групп неограниченно по времени и независимо от внешних условий освещенности, в том числе в темное время суток и длительного действия в условиях укрытий.
Технический результат достигается тем, что устройство заряда аккумуляторов электронных средств разведывательных групп, содержащее выпрямитель напряжения переменного тока, сглаживающий фильтр, соединенный с выпрямителем, и фотоэлектрический преобразователь, дополнительно содержит переносной индукционный генератор переменного тока, механический привод, преобразующий поступательно-возвратное движение во вращательное движение, соединенный с валом ротора генератора, при этом выпрямитель переменного тока соединен с силовыми обмотками (якоря) генератора, а также дополнительно содержит коммутатор, соединенный с фильтром и с фотоэлектрическим преобразователем, мультивибратор, соединенный с коммутатором, два транзисторных ключа с индуктивными сопротивлениями в цепях коллекторов, соединенными с коммутатором, накопительный конденсатор, соединенный к выходам ключей через диоды, регулируемый электронный стабилизатор напряжения, соединенный к накопительному конденсатору, ячейку заряда аккумуляторов с разъемными входными контактами, соединенными со стабилизатором напряжения, и выходом коммутатора через диоды, при этом входы транзисторных ключей соединены с выходами мультивибратора.
На рисунке приведена схема устройства заряда аккумуляторов электронных средств разведывательных групп.
Устройство заряда аккумуляторов электронных средств разведывательных групп (далее - устройство) содержит переносной генератор 11 переменного тока, механический привод 1, преобразующий поступательно-возвратное движение во вращательное движение, соединенный с валом 10 ротора генератора 11 с помощью гибкого валика 8 и муфты 9, выпрямитель 12 переменного тока, соединенный к обмоткам статора генератора 11, сглаживающий фильтр 13, соединенный к выходу выпрямителя 12, фотоэлектрический преобразователь 14 световой энергии в электрическую энергию, коммутатор 15, соединенный к сглаживающему фильтру 13 и к фотоэлектрическому преобразователю 14. Устройство также содержит мультивибратор 16, соединенный к коммутатору 15, два транзисторных ключа 17 с индуктивными сопротивлениями L1, L2 в цепях коллекторов транзисторов VD2, VD3, соединенными к коммутатору. При этом входы ключей 17 соединены через переходные конденсаторы С1, С4 с выходами мультивибратора 16. Устройство содержит накопительный конденсатор С5, соединенный к выходам ключей через диоды VD4, VD6, регулируемый электронный стабилизатор напряжения VD5, R8, соединенный к накопительному конденсатору С5, ячейку 18 заряда аккумуляторов Е1 с разъемными входными контактами (+, -), соединенными через диод VD1 с коммутатором 15 напряжения.
Принцип действия устройства основан на использовании явления эдс самоиндукции, возникающей при прерывании тока в цепи с катушках индуктивности L1, L2 и накоплении электрической энергии в конденсаторе С5, напряжение на котором ограничивается по максимуму и минимуму стабилитронными дискриминаторами VD2, VD5. Величина напряжения заряжения накопительного конденсатора С5 ограничивается явлениями пробоя, искрения и устанавливается скоростями накопления и отбора зарядов в накопительном конденсаторе (в том числе и через стабилитроны, устраняющие явления пробоев).
Механический привод содержит корпус 1 зубчатую колесную пару 2, 3, зубчатую рейку 7, соединенную с большим колесом 3 пары, гибкую тягу 4 с ручкой 5, возвратный механизм с пружиной 6, соединенный с рейкой 7, выходную муфту 9, соединенную с валом малого колеса 2 гибким валиком 8. Выходная муфта 9 соединена с валом 10 ротора генератора. Большое колесо 3 находится в зацеплении с рейкой 7 и вращается на неподвижной оси, а малое колесо 2 жестко связан с валом, установленным на подшипниках и соединенным с помощью гибкого вала 8 с выходной муфтой 9 привода 1. В корпусе привода 1 имеются направляющие для поступательно-возвратного движения рейки 7. При вытягивании тросика 4, при поступательном, рабочем ходе рейка 7 находится в зацеплении с зубчатым колесом 3, и крутящий момент малого колеса 2 передается на вал 10 генератора 11. При воздействии пружины 6 на возврат, когда сила действия вытяжного тросика 4 становится меньше силы действия пружины 6, рейка 7 выводится толкателем из зацепления с колесом 3, и пружина 6 свободным ходом возвращает рейку 7 в исходное положение.
К большому колесу 3 пары 2, 3 через отверстие в корпусе 1 соединяется ручка для приведения привода в действие вращением ручкой (ручка на схеме не указана). При этом рейка 7 толкателем отводится от колеса 3 до снятия ручки вращения. При вращении с частотой 2 об/сек и коэффициенте передачи колесной пары k=10 частота вырабатываемого тока составит порядка f=20 Гц. Из практики генераторов известно, что при такой частое изменения магнитного поля на трехфазной системе силовых катушек индуцирутся эдс в пределах 0.5-1 Вольт на виток. Учитывая, что значение выпрямленного напряжение трехфазного генератора в два раза больше амплитуды синусоиды, то для генерирования 10 В постоянного напряжения на одном полюсе достаточно расположить 3-5 витков обмотки. Широко распространена конструкция трехфазногогенератора с 18 полюсами статора и с 6 парами полюсов индуктора. В такой конструкции можно обеспечить рабочее напряжение при малых оборотах. А стабилизацию величины выпрямленного напряжения при изменениях частоты оборотов можно осуществлять по принципу взаимокомпенсации изменения частоты оборотов изменением величины магнитного потока индуктора, что успешно осуществляется прерыванием тока возбуждения катушки возбуждения индуктора.
Устройство заряда аккумуляторов электронных средств разведывательных групп работает следующим образом. Вытягиванием тяги 4 из корпуса 1 привода (рисунок) рейка 7 приводит во вращение большое колесо 3 пары 2, 3, а малое колесо 2 через валик 8 и муфту 9 приводит во вращение вал 10 ротора генератора 11 переменного тока. Возвратная пружина 6 возвращает рейку 7 холостым ходом в исходное положение. На выходе генератора 11 образуется переменное напряжение с изменяющейся частотой и амплитудой. Полученное напряжение преобразуется в постоянное напряжение с помощью выпрямителя 12 и сглаживающего фильтра 13, достаточное по величине для работы транзисторов VT1 - VT4.
Транзисторные ключи 17, управляемые мультивибратором 16, накопительный конденсатор С5 и компенсационный стабилизатор VD5 - R8 позволяют преобразовать выпрямленное напряжение генератора в постоянное напряжение от единиц до десятков Вольт, удовлетворяющее требованиям заряда сменяемых аккумуляторов Е1 в ячейке 18. Поступающее напряжение питания на мультивибратор 16 и транзисторные ключи 17 на транзисторах VT3 и VT4 приводит их в действие. Симметричный мультивибратор 16 на транзисторах VT1 и VT2 с коллекторными резисторами R1, R4, с базовыми резисторами R2, R3 и переходными конденсаторами С2, С3 вырабатывает прямоугольные положительные импульсы, которые через переходные конденсаторы С1 и С4 поступают на входы транзисторных ключей на транзисторах VT3 и VT4 с индуктивными коллекторными сопротивлениями L1 и L2, с базовыми сопротивлениями R5 и R7 и защитными диодами VD3 и VD7, ограничивающими вероятные случайные отрицательные импульсы на базах транзисторов величиной падения напряжения на диоде в прямом направлении в пределах не более 0.5 В. Исходно оба транзисторных ключа VT3 и VT4 закрыты.
C
зар.макс
стаб5
зар.мин
стаб1
2
2
Напряжение с коллекторов транзисторов VT1 и VT2 мультивибратора 16 поступает на базы транзисторов VT3 и VT4, работающих в режиме ключа. При этом один транзистор мультивибратора открыт, а другой закрыт. Когда мультивибратор «опрокидывается» то открытый ключ закрывается, а закрытый транзистор открывается. Пусть транзистор VT1 мультивибратора закрыт, a VT2 открыт. Тогда транзистор VT3, работающий в режиме ключа, открыт и ток через индуктивность L1 намагничивает эту катушку. Затем транзистор VT3 закрывается, а транзистор-ключ VT4 открывается. Ток катушки L1 проходит через диод VD4 и накопительный конденсатор С5 до энергии равной энергии магнитного поля катушки W=C(ΔU)/2=LI/2, где С=С5, ΔU - величина повышения напряжения конденсатора от порции заряда, перемещенного в конденсатор С5 накопленным магнитным полем катушки L1 за время открытого состояния транзистора VT3; L=L1, I - ток катушки L1 в момент закрытия. За время открытого состояния транзистора VT4 катушка индуктивности L2 накопила магнитную энергию. При этом мультивибратор опрокидывается и транзистор VT2 открывается, а транзисторный ключ VT4 закрывается, и магнитная энергия катушки L2, создавая ток через VD6 и С5, заряжает накопительный конденсатор С5. Когда напряжение на конденсаторе С5 достигнет значения, равного максимальному значению заряда аккумулятора Е1=U=U, стабилитрон VD5 открывается и напряжение конденсатора С5 больше не растет. При подключенном заряжаемом аккумуляторе Е1 в ячейке 17 поступающий заряд из катушек L1 и L2 на накопительный конденсатор С5 создает ток заряда на аккумулятор Е1 через стабилитрон VD1, который ограничивает нижний предел зарядки U=U. Полная величина тока заряда определяется токами катушек индуктивностей L1, L2, которые, в свою очередь, определяются режимами работы транзисторов VT3 и VT4.
зар.мин
стаб1
зар.макс
стаб5
При смене заряжаемого аккумулятора с другими значениями напряжения и тока заряда изменяются верхний и нижний пределы напряжения зарядки. Для изменения величины напряжения на устройстве зарядки необходимо изменить верхний и нижний значения напряжения зарядки. Для этого необходимо заменить стабилитроны VD1 и VD2 соответственно для нижнего уровня напряжения зарядки U=U, а для верхнего уровня напряжения зарядки U=U. При небольших изменениях нужную величину напряжения можно устанавливать балластным сопротивлением R8. Практически это можно реализовать переключателем на корпусе устройства с надписями названий аккумуляторов.
Сопоставительный анализ показал, что предлагаемое изобретение в сравнении с прототипом обладает большей производительностью и превышает прототип по скорости производства заряда более чем в 5 раз. Дополнительно к этому предлагаемое изобретение позволяет производить электричество вне зависимости от наличия сетевой и световой энергии и гарантированно позволяет обеспечить автономно действующие разведывательные группы достаточной электрической энергией, в том числе даже при отсутствии аккумуляторов.