СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
INDEPENDENT POWER SUPPLY SYSTEM

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве системы автономного электроснабжения потребителей стационарных и подвижных объектов.
Известна система автономного электроснабжения, содержащая последовательно включенные аккумуляторную батарею, выключатель, шины постоянного тока с напряжением указанной батареи, параллельно включенные инвертор и конвертор, соединенные с соответствующими шинами, к которым подключены потребители [1]. Данная система нашла широкое применение на подвижных и стационарных объектах для электроснабжения потребителей переменного и постоянного тока, однако время ее функционирования ограничено временем разряда названной батареи.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является система автономного электроснабжения, содержащая первую и вторую аккумуляторные батареи, включенные параллельно, снабженные плюсовыми и минусовыми выводами, электромеханический переключатель очередности разряда, основные шины, регулятор разряда, формирующий оптимальный разряд указанных батарей и разрядные шины, причем первая аккумуляторная батарея является основной, а вторая - резервной, при этом электромеханический переключатель очередности включен между первой и второй указанными батареями и основными шинами, а регулятор разряда включен между основными и разрядными шинами, причем для питания потребителей с другими электрическими параметрами используются преобразователи электрической энергии, подключенные к разрядным шинам батареи [2]. Данная система имеет целый ряд достоинств: проста, надежна и технологична, однако время функционирования ее ограничено временем разряда обеих батарей, так как емкость упомянутых батарей не восполняется. Кроме того, использование электромеханического переключателя очередности разряда приводит к появлению кратковременных перерывов в электроснабжении из-за инерционности электромагнитных устройств.
Задачей изобретения является увеличение времени функционирования системы, т.е. повышение ее автономности.
Требуемый технический результат достигается тем, что в системе автономного электроснабжения, содержащей параллельно включенные первую и вторую аккумуляторные батареи с плюсовыми и минусовыми выводами, переключатель очередности разряда, основные плюсовую и минусовую шины, регулятор разряда и разрядные плюсовую и минусовую шины, причем переключатель очередности разряда включен между указанными первой и второй батареями и основными плюсовой и минусовой шинами, а регулятор разряда включен между названными основными и указанными разрядными шинами, переключатель очередности разряда выполнен на полупроводниковых первом и втором диодах, установленных анодами в положительных выводах упомянутых батарей, катоды указанных диодов объединены в общую точку, соединенную с основной плюсовой шиной; регулятор разряда выполнен на первом и втором параллельно включенных агрегатах, каждый из которых содержит вентильный двигатель, соединенный общим валом с вентильным генератором, причем вентильные двигатели обоих агрегатов подключены к основным плюсовой и минусовой шинам, а вентильные генераторы соединены с разрядными минусовой и плюсовой шинами, при этом разрядная минусовая шина соединена с соответствующей основной шиной непосредственно, а разрядная плюсовая шина соединена с плюсовым выводом второй аккумуляторной батареи непосредственно, а с плюсовым выводом первой аккумуляторной батареи через разделительный диод, катод которого соединен с анодом первого диода переключателя очередности разряда, а анод соединен с плюсовым выводом второй аккумуляторной батареи.
На чертеже показана функциональная схема системы автономного электроснабжения.
Система содержит параллельно включенные аккумуляторные батареи, первую 1 с плюсовым 1-1 и минусовым 1-2 выходами, вторую 2 с плюсовым 2-1 и минусовым 2-2 выходами, переключатель очередности разряда 3, содержащий первый полупроводниковый диод 3-1 установленный в положительном выводе 1-1 аккумуляторной батареи 1 и параллельно ему включенный второй полупроводниковый диод 3-2, установленный в положительном выводе 2-1 аккумуляторной батареи 2, причем катоды указанных диодов 3-1 и 3-2 объединены в общую точку 3-3, плюсовую 4-1 и минусовую 4-2 основные шины 4, регулятор разряда 5, содержащий первый агрегат 5-1, содержащий вентильный двигатель 5-2, общий вал 5-3 и вентильный генератор 5-4 и второй агрегат 5-5, содержащий вентильный двигатель 5-6, общий вал 5-7 и вентильный генератор 5-8, минусовую 6-2 и плюсовую 6-1 разрядные шины 6 и разделительный диод 7, при этом плюсовой вывод 1-1 аккумуляторной батареи 1 соединен с плюсовой шиной 4-1 основных шин 4 через первый полупроводниковый диод 3-1 переключателя очередности разряда 3, минусовой вывод 1-2 той же батареи соединен с минусовой шиной 4-2 основных шин 4 непосредственно, плюсовой вывод 2-1 аккумуляторной батареи 2 соединен с плюсовой шиной 4-1 основных шин 4 через второй полупроводниковый диод 3-2 переключателя очередности разряда 3, а минусовой вывод 2-2 той же батареи соединен с минусовой шиной 4-2 основных шин 4 непосредственно, причем вентильные двигатели 5-2 и 5-6 первого 5-1 и второго 5-5 агрегатов регулятора разряда 5 подключены к соответствующим шинам 4-1 и 4-2 основных шин 4, при этом указанные двигатели механически соединены с вентильными генераторами 5-4 и 5-8 общими валами 5-3 и 5-7 соответственно, а указанные генераторы 5-4 и 5-8 соединены с плюсовой 6-1 и минусовой 6-2 шинами разрядных шин 6, при этом минусовая разрядная шина 6-2 соединена с минусовой основной шиной 4-2 непосредственно, а плюсовая разрядная шина 6-1 соединена с плюсовой основной шиной 4-1 через последовательные цепи из диода 7 и диода 3-1 или диода 3-2, при этом катод диода 7 соединен с анодом диода 3-1, а анод диода 7 соединен с плюсовым выводом 2-1 аккумуляторной батареи 2. Если одна из батарей разряжена (например, батарея 1), установленный в ее положительном выводе диод (диод 3-1) закрыт потенциалом, поступающим от положительного вывода другой аккумуляторной батареи (батарея 2) через установленный в ее положительном выводе диод (диод 3-2). Таким образом, на шины 4 поступает напряжение от батареи, напряжение которой выше, то есть от менее разряженной батареи.
Все элементы схемы серийно выпускаются отечественной промышленностью, а примененный регулятор разряда 5 позволяет продлить время функционирования системы за счет возврата части мощности вентильных генераторов 5-4 и 5-8, используемой для подзаряда аккумуляторных батарей 1 и 2.
Система работает следующим образом. При включении системы и наличии нагрузки на разрядных шинах 6 начинает разряжаться аккумуляторная батарея, имеющая более высокое напряжение, например батарея 2, с плюсового 2-1 и минусового 2-2 выводов которой электроэнергия поступает через второй диод 3-2 переключателя очередности разряда 3 на основные плюсовую 4-1 и минусовую 4-2 шины 4. При появлении напряжения на основных шинах 4 начинают вращаться вентильные двигатели 5-2 и 5-6 агрегатов 5-1 и 5-5 регулятора разряда 5.
Движение указанных двигателей с помощью общих валов 5-3 и 5-7 передается на вентильные генераторы 5-4 и 5-8, которые, вращаясь, выдают напряжения, поступаемые на разрядные плюсовую 6-1 и минусовую 6-2 шины 6, поэтому все потребители, подключенные к разрядным шинам 6 начинают работать. Увеличение тока нагрузки на шинах 6 приведет к росту напряжения на основных шинах 4, что приведет к увеличению частоты вращения вентильных двигателей 5-2 и 5-6, а увеличение частоты вращения общих валов 5-3 и 5-7 агрегатов 5-1 и 5-5 регулятора разряда 5 обеспечит увеличение величины напряжений, выдаваемых вентильными генераторами 5-4 и 5-8, что скомпенсирует падение напряжения на разрядных шинах 6. Если напряжение аккумуляторной батареи 2 по каким-либо причинам уменьшится и потенциал общей точки 3-3 переключателя очередности 3 уменьшится, то начнет разряжаться аккумуляторная батарея 1 и ее электроэнергия с плюсового 1-1 и минусового 1-2 выводов через первый диод 3-1 переключателя очередности разряда 3 поступит на основные шины 4. Механизм дальнейшей работы системы аналогичен описанному выше. Таким образом, в системе регулирование электрических величин осуществляется за счет изменения механических величин, а срок службы системы продлен за счет возврата части мощности на вход, т.е. в системе введена положительная обратная связь. При правильно выбранных параметрах основных элементов схемы время функционирования системы может быть увеличено в десятки раз, чем и достигается поставленный технический результат.
Источники информации
1. Колодеев И.Д. Системы автономного электроснабжения. М., МО, 1987, стр.15, рис.1.5, б.
2. Электрооборудование летательных аппаратов. Под ред. С.А.Грузкова. М., МЭИ, 2005, стр.546, рис.15.44.