Преобразователь тока для заряда электрохимических источников тока

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована в качестве источника питания для заряда асимметричным током всех типов аккумуляторных батарей.
Прототипом является преобразователь тока для заряда электрохимических источников питания (патент RU 110562 от 04.05.2011). Преобразователь тока для заряда электрохимических источников питания, например аккумуляторной батареи (Акб), состоит из трехфазного трансформатора, в котором первичные обмотки соединены в звезду и подключены к трехфазной питающей сети, а вторичные обмотки соединены в звезду и через переключатели соединены с диодами. Выход первого переключателя соединен с катодом первого диода, выход переключателя соединен с катодом второго диода и анодом третьего диода, выход второго переключателя - с анодом четвертого диода и катодом пятого диода. Конец одной из вторичных обмоток соединен с входом первого измерительного прибора. Общая точка третьего и четвертого диодов подключена к входу второго измерительного прибора. Выход первого измерительного прибора соединен с анодом первого тиристора. Общая точка соединения анодов первого и второго диодов подключена к катоду второго тиристора, соединенного с катодом третьего тиристора. Выход второго измерительного прибора соединен с анодом четвертого тиристора. Общая точка соединения катода первого тиристора и анода второго тиристора подключена к одному выводу первого переменного резистора и вольтметру, а второй вывод первого резистора подключен к минусовой клемме аккумуляторной батареи. Другой вывод вольтметра соединен с анодом третьего тиристора, катодом четвертого тиристора и одним выводом второго резистора, другой вывод которого соединен с плюсовой клеммой аккумуляторной батареи.
Основными недостатками прототипа являются низкие эксплуатационные характеристики электрохимических источников тока и высокая продолжительность времени заряда аккумуляторных батарей.
Задачей полезной модели является разработка преобразователя тока для заряда электрохимических источников тока, в котором устранены недостатки прототипа.
Техническим результатом является повышение эксплуатационных характеристик электрохимических источников тока и сокращение продолжительности режима заряда в 2,5÷3,5 раз при использовании в режиме зарядки определенной формы напряжений и значений асимметричного тока.
Технический результат достигается тем, что преобразователь тока для заряда электрохимических источников тока, например аккумуляторной батареи, содержащий трехфазный трансформатор, вторичные обмотки которого соединены в звезду, три переключателя, пять диодов, первый и второй измерительные приборы, пять тиристоров, первый и второй переменные резисторы, вольтметр и осциллограф, причем концы вторичных обмоток трансформатора через переключатели соединены с диодами, один из выводов вторичной обмотки трансформатора через первый измерительный прибор подключен к аноду первого тиристора, выход первого переключателя соединен с катодом первого диода, выход второго переключателя - с катодом второго диода и анодом третьего диода, выход третьего переключателя - с анодом четвертого диода и катодом пятого диода, анод пятого диода соединен с катодами второго и третьего тиристоров, а аноды первого и второго диодов соединены с катодами второго и третьего тиристоров, катоды третьего и четвертого диодов через второй измерительный прибор подключены к аноду четвертого тиристора, анод третьего и катод четвертого тиристоров через второй переменный резистор соединены с плюсовой клеммой аккумуляторной батареи и вольтметром, катод первого и анод второго тиристоров через первый переменный резистор соединены с минусовой клеммой аккумуляторной батареи и вольтметром, причем минусовая клемма аккумуляторной батареи через первый переменный резистор, вольтметр и второй переменный резистор соединена с плюсовой клеммой аккумуляторной батареи, согласно настоящей полезной модели к одной из вторичных обмоток трехфазного трансформатора в противофазе подключен однофазный автотрансформатор, выход которого соединен с анодом пятого тиристора, катод которого подключен ко второму переменному резистору, а к аккумуляторной батареи параллельно подключен осциллограф.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема преобразователя тока для заряда электрохимических источников тока. На фиг. 2 изображены диаграммы напряжений периодического тока на выходе преобразователя.
На фиг. 1 цифрами обозначены
1, 2, 3 - первичные обмотки трехфазного трансформатора,
4, 5, 6 - вторичные обмотки трехфазного трансформатора,
7 - первый переключатель,
8 - второй переключатель,
9 - третий переключатель,
10 - первый диод,
11 - второй диод,
12 - третий диод,
13 - четвертый диод,
14 - пятый диод,
15 - первый измерительный прибор,
16 - второй измерительный прибор,
17 - первый тиристор,
18 - второй тиристор,
19 - третий тиристор,
20 - четвертый тиристор,
21 - первый переменный резистор,
22 - второй переменный резистор,
23 - вольтметр,
24 - минусовая клемма аккумуляторной батареи,
25 - пятый тиристор,
26 - плюсовая клемма аккумуляторной батареи,
27 - автотрансформатор,
28 - осциллограф.
На фиг. 2 даны следующие обозначения:
пр. действ.
U - напряжение прямого действия,
oбp.действ.
U - напряжение обратного действия,
1,2,3,4,5,6
t - моменты времени соответствующие π/6.
Преобразователь тока для заряда электрохимических источников тока, например аккумуляторной батареи, содержит трехфазный трансформатор, первичные обмотки которого 1,2,3 подключены к сети, вторичные обмотки 4,5,6 которого соединены в звезду, причем концы вторичных обмоток 4,5,6 трансформатора через переключатели 7,8,9 соединены с диодами 10,11,12,13,14, один из выводов вторичной обмотки трансформатора 4 через первый измерительный прибор 15 подключен к аноду первого тиристора 17, выход первого переключателя 7 соединен с катодом первого диода 10, выход второго переключателя 8 - с катодом второго диода 11 и анодом третьего диода 12, выход третьего переключателя 9 - с анодом четвертого диода 13 и катодом пятого диода 14, анод пятого диода 14 соединен с катодами второго и третьего тиристоров 18,19, а аноды первого и второго диодов 10,11 соединены с катодами второго и третьего тиристоров 18,19, катоды третьего и четвертого диодов 12,13 через второй измерительный прибор 16 подключены к аноду четвертого тиристора 20, анод третьего 19 и катод четвертого 20 тиристоров через второй переменный резистор 22 соединены с плюсовой клеммой аккумуляторной батареи 26 и вольтметром 23, катод первого 17 и анод второго 18 тиристоров через первый переменный резистор 21 соединены с минусовой клеммой аккумуляторной батареи 24 и вольтметром 23, причем минусовая клемма аккумуляторной батареи 24 через первый переменный резистор 21, вольтметр 23 и второй переменный резистор 22 соединена с плюсовой клеммой аккумуляторной батареи 26.
Отличием предлагаемого устройства является то, что к одной из вторичных обмоток трехфазного трансформатора 6 в противофазе подключен однофазный автотрансформатор 27, выход которого соединен с анодом пятого тиристора 25, катод которого подключен ко второму переменному резистору 22, а к аккумуляторной батареи параллельно подключен осциллограф 28.
Преобразователь тока для заряда электрохимических источников тока работает следующим образом.
2
3
Напряжение трехфазного переменного тока подается на первичные обмотки 1-3 понижающего трансформатора. В момент ti включаются тиристоры 20, 18 подачей на их управляющие электроды запускающих импульсов, синхронных с напряжением вторичных обмоток 4-6 трансформатора и с этого момента выпрямленный ток протекает по контуру: вторичная обмотка 6 - переключатель 9 - диод 13 - измерительный прибор 16 - тиристор 20 - резистор 22 - плюсовая клемма 26, минусовая клемма 24 -резистор 21 - тиристор 18 - диод 11 - переключатель 8 - вторичная обмотка 5. Этот процесс по схеме продолжается до момента t, т.е. в течение времени, соответствующего π/6, когда потенциал фазы обмотки 5 станет более положительным чем потенциал фазы вторичной обмотки 4. Начиная с этого времени, напряжение между фазами обмоток 5 и 4 становится положительным, т.е. прямым для диода 10, а диод 11 выключается. В результате в проводящем состоянии оказывается цепь: вторичная обмотка 6 -переключатель 9 - диод 13 - измерительный прибор 16 - тиристор 20 - резистор 22 - через аккумуляторной батареи - клеммы 26, 24 резистор 21 тиристор 17 - диод 10 - переключатель 7 - вторичная обмотка 4. В момент t включается диод 12, а диод 13 выключается, т.к. потенциал фазы обмотки 5 становится выше потенциала фазы обмотки 6. При этом ток протекает по цепи: вторичная обмотка 5 - переключатель 8 - диод 12 - измерительный прибор 16 - тиристор 20 - резистор 22 - плюсовая клемма 26, минусовая клемма 24 - резистор 21 - тиристор 18 - диод 14 - переключатель 9 -вторичная обмотка 6. Таким образом, в результате поочередной работы трех вышеперечисленных цепей через интервалы времени, равные π/6, с диодов 10-14 получают выпрямленное пульсирующее напряжение трех фаз одной полярности длительностью 5π/6 и паузой π/6 (см. фиг. 2).
5
В момент t, когда потенциал фазы обмотки 4 станет более положительным чем потенциал фазы обмотки 5 напряжение между ними становится прямым для тиристоров 17, 19 и диода 11. В этот момент времени через автотрансформатор 27 проходит обратный запускающий импульс через тиристор 25 - резистор 22 - плюсовая клемма 26 - минусовая клемма 24 - резистор 21 - тиристор 18 - диод 14 - переключатель 9 - вторичная обмотка 6, формируя на клеммах устройства импульсы напряжения обратной полярности длительностью π/6 с регулируемой амплитудой. При этом осциллограф 28 осуществляет контроль формы напряжения, заряжающего аккумуляторную батарею (см. фиг. 2).
Наличие в фазе обмотки диодов, включенных по схеме двухполупериодного выпрямления, уменьшает мощность потерь в сердечнике на гистерезис и вихревые токи, повышает коэффициент полезного действия трансформатора.
Изменение положения переключателей и подачи запускающих импульсов на тиристоры, регулирующие амплитудные значения, длительность и частоту пульсирующих токов, а также наличие автотрансформатора, регулирующего амплитуду обратного импульса, который в свою очередь эффективно запускает ионную активацию поверхностей электродов аккумулятора, приводят к увеличению скорости заряда аккумулятора и повышению его срока службы.
Таким образом, достоинством предлагаемого устройства является повышение эксплуатационных характеристик электрохимических источников тока и сокращение продолжительности режима заряда в 2,5÷3,5 раз при использовании в режиме зарядки определенной формы напряжений и значений асимметричного тока.