Автономный источник питания

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2174062

Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение

Ноу-хау разработки, а именно данное изобретение автора относится к автономным источникам питания переменного тока и может найти применение при сварочных работах в полевых условиях, для питания осветительной и двигательной нагрузки, а также ручного электроинструмента, используемого при ремонте, строительстве и в сельском и приусадебном хозяйстве.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К генераторам автономных электростанций предъявляются жесткие требования. Они должны удовлетворять условиям простоты, надежности, иметь малые весогабаритные показатели, быть многофункциональными.

Известны устройства, которые в общем случае содержат в качестве генератора синхронную машину а.с. N 2107378, 2049616, что снижает надежность всего устройства, или асинхронную машину повышенной частоты тока а.с. N 1232409, 1299726. Недостатком последних является повышенная частота тока, что сужает диапазон их использования.

Известен "Источник питания для дуговой сварки" по а.с. СССР N 1196189, В 23 К 9/00, 1984, БИ N 45, взятый авторами за прототип. Источник содержит асинхронный генератор повышенной частоты тока с конденсаторами возбуждения, который через первичную обмотку трансформатора источника питания и дополнительную конденсаторную батарею соединен с выпрямителем, к выходу которого подключен регулятор тока, вторичная обмотка трансформатора источника питания через второй выпрямитель соединена с выходными клеммами автономного источника. Трансформатор тока включен в одну из фаз вторичной обмотки трансформатора источника питания, выход которого через делитель напряжения соединен с регулятором тока.

Его недостатком также являются ограниченные технологические возможности.

Техническим решением поставленной задачи является расширение функциональных возможностей автономного источника при минимальном увеличении весогабаритных показателей.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена электрическая схема автономного источника питания.

Автономный источник питания

Автономный источник состоит из приводного двигателя 1 внутреннего сгорания, соединенного с ротором асинхронного генератора (АГ) 2, который возбуждается от батареи конденсаторов 3. К статору АГ 3 присоединен трехпозиционный переключатель режимов работы, состоящий из пяти групп 4, 5, 6, 7, 8 по три секции и двух отдельных секций 9 и 10. Статорная обмотка генератора присоединена к неподвижным контактам групп 4 и 5 и к подвижным контактам группы 6 переключателя режимов. Подвижные контакты группы 4 соединены с дополнительной конденсаторной батареей 11, на выходе которой расположен дополнительный выпрямитель 12, с регулятором тока 13. Делители напряжения 14 и 15 имеют общую точку, соединенную с регулятором тока 13, подключенного через отдельную секцию 9 переключателя режимов к делителям напряжения 14 и 15. Делитель напряжения 14 включен в одну из фаз генератора 2 через трансформатор тока 16, другой делитель напряжения 15 включен между двумя фазами генератора 2.

На неподвижные зажимы группы 6 подключен разъем 17, другие неподвижные контакты этой группы соединены с выпрямителем 18, который через отдельную секцию 10 переключателя режимов подключен к сварочным электродам 19 и к входу инвертора 20. Выход инвертора подключен к неподвижным контактам группы 7 переключателя режимов, подвижные контакты этой группы соединены с одной из сторон первичной обмотки 21 трансформатора источника питания 22, другая сторона которого соединена с подвижными контактами группы 5. Вторичная обмотка 23 трансформатора источника питания 22 выполнена трехсекционной в каждой фазе. Секции соединены последовательно и параллельно при помощи переключателя 24 секций обмоток трансформатора источника питания. С одной стороны вторичная обмотка трансформатора источника питания 22 через подвижные контакты группы 8 переключателя режимов соединена с выпрямителем 18 и с разъемом 25, причем одна из секций в каждой фазе вторичной обмотки 23 аналогичными секциями других фаз в общую точку, подключенную к инвертоpy 20, соединенному с другой стороной каждой этих секций.

Источник работает следующим образом. Приводной двигатель 1 вращает ротор АГ 2. Последний возбуждается от батареи конденсаторов 3, и напряжение с АГ подается на переключатель режимов.

Автономный источник работает в следующих режимах

1. Режим питания осветительной и двигательной нагрузки повышенной частоты тока. Ручной инструмент подключен к разъему 17 (если двигатель инструмента рассчитан на напряжение 230 В) или к разъему 25 (если двигатель инструмента рассчитан на напряжение 38 В). Переключатель режимов и переключатель 24 секций обмоток трансформатора источника питания находятся в положении, указанном на схеме, при этом первичная обмотка 21 трансформатора источника питания 22 соединена в "звезду" одновременно параллельно зажимам генератора 2 подключаются разъемы 17 и дополнительная батарея конденсаторов 11, что приводит к увеличению жесткости внешней характеристики. Вторичная обмотка трансформатора источника питания 22 через группу 8 переключателя режимов подключена к разъемам 25. Одновременно отдельной секцией 9 переключателя режимов включается на вход регулятора тока 13 обратная связь по напряжению, снимаемого с делителя напряжения 15. Изменяя положение движка делителя напряжения 15, можно изменять величину выходного напряжения на зажимах 17 и 25. Обычно это делается один раз при настройке схемы.

При включении ручного инструмента напряжение уменьшается. Соответственно уменьшается и сигнал обратной связи с делителя 15 напряжения, при этом регулятор тока 13 увеличит емкостной ток батареи конденсаторов 11, который скомпенсирует реактивную составляющую тока нагрузки и реакцию ротора АГ, что позволит увеличить напряжение на зажимах генератора до заданного на х.х. При отключении нагрузки происходит обратный процесс - уменьшается ток от дополнительной батареи конденсаторов.

2. В режиме питания осветительной и двигательной нагрузки промышленной частоты тока ручной инструмент подключают к разъему 25. Переключатель режимов переключается в среднее (по схеме) положение, при этом напряжение АГ подается на выпрямитель 18, с которого через дополнительную секцию 10 выпрямленное напряжение поступает на вход инвертора 20. Схема возбуждения и стабилизации повышенной частоты тока работает аналогично предыдущему режиму. Инвертор 20 преобразует постоянное напряжение в переменное промышленной частоты тока. С выхода инвертора 20 через группу 7 переключателя режимов напряжение подается на первичную обмотку согласующего трансформатора, в качестве которого используется первичная обмотка 21 трансформатора источника питания 22, соединенная в "звезду". Обратная связь по напряжению промышленной частоты в инвертор 20 поступает с нулевой точки вторичной обмотки трансформатора источника питания 22 и секций вторичной обмотки трансформатора источника питания 23 соединенных в "звезду". При питании двигательной и осветительной нагрузки напряжением 230 В переключатель 24 соединяет обмотки последовательно, при питании низковольтной нагрузки (38 В) переключатель 24 соединяет обмотки параллельно.

При включении нагрузки напряжение уменьшается. Схема возбуждения и стабилизации повышенной частоты тока работает как и в предыдущем режиме, поддерживая, в конечном итоге, величину постоянного напряжения на входе инвертора. Напряжение промышленной частоты трансформируется во вторичную обмотку 23 и при подключении нагрузки уменьшается. Соответственно уменьшается сигнал обратной связи, снимаемый с общей точки вторичной обмотки 23 трансформатора источника питания 22 и секций обмотки, в каждой фазе соединенных в "звезду". Инвертор, отрабатывая обратную связь по напряжению, повышает напряжение до заданной величины х.х.

3. В режиме сварки подсоединяют сварочные электроды 19. Переключатель режимов переключается в крайнее правое (по схеме) положение. Переключатель 24 находится в положении, указанном на схеме. При этом обмотка 21 трансформатора 22 включается в звезду и последовательно с ней включается дополнительная конденсаторная батарея 11 с выпрямителем 12 и регулятором тока 13. Вторичная обмотка 23 соединяется с выпрямителем 18, выход которого через отдельную секцию 10 переключателя режимов соединен с электродами 19. Одновременно отдельная секция 9 переключателя режимов включает на вход регулятора тока 13 обратную связь по току, которая снимается с трансформатора тока 16 через делитель напряжения 14. Причем при изменении положения движка делителя напряжения 14 изменяется сварочный ток. Задавшись необходимым значением тока, производится сварка. При замыкании сварочных электродов 19 изменяется ток обмотки трансформатора источника питания 22 и емкостной ток от конденсаторов 11 поступает на генератор, последний переходит в режим насыщения. При размыкании сварочных электродов 19 возникает электрическая дуга, происходит процесс сварки. За счет обратной связи по току производится автоматическое регулирование возбуждения АГ, что позволяет стабильно поддерживать заданный параметр сварочного тока.

Формула изобретения

Автономный источник питания, содержащий асинхронный генератор повышенной частоты тока, соединенный с конденсаторной батареей, трансформатор источника питания, выпрямитель, трансформатор тока с делителем напряжения, регулятор тока, соединенный через дополнительный выпрямитель с дополнительной конденсаторной батареей, отличающийся тем, что он снабжен трехпозиционным переключателем режимов, состоящим из пяти групп по три секции и двух отдельных секций, переключателем секций обмоток трансформатора, дополнительным делителем напряжения и инвертором с согласующим трансформатором в виде трансформатора источника питания, вторичная обмотка которого выполнена трехсекционной в каждой фазе, при этом делители напряжения имеют общую точку, соединенную с регулятором тока, подключенного через одну из отдельных секций переключателя режимов к делителям напряжения, один из которых включен в одну из фаз генератора повышенной частоты через трансформатор тока, другой включен между двумя фазами этого генератора, причем фазы генератора через первую группу переключателя режимов соединены с дополнительной конденсаторной батареей, через вторую группу - с первичной обмоткой трансформатора источника питания, через третью - с выпрямителем, который через другую отдельную секцию переключателя режимов подключен к сварочным электродам и входу инвертора, выход которого через четвертую группу переключателя режимов соединен с первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка которого через пятую группу переключателей режимов соединена с выпрямителем, одна из секций в каждой фазе вторичной обмотки соединена с аналогичными секциями других фаз в общую точку, подключенную к инвертору, соединенному с другой стороной каждой из этих секций, при этом все секции в каждой фазе вторичной обмотки трансформатора источника питания выполнены с возможностью соединения последовательно и параллельно с помощью переключателя секций обмоток.

Имя изобретателя: Богатырев Н.И.; Темников В.Н.; Зайцев Е.А.; Вольнова М.А.
Имя патентообладателя: Кубанский государственный аграрный университет
Почтовый адрес для переписки: 350044, г.Краснодар, ул. Калинина, 13, КГАУ, ПИО
Дата начала отсчета действия патента: 1999.12.07

Разместил статью: search
Дата публикации:  24-05-2003, 11:50

html-cсылка на публикацию		⇩ Разместил статью ⇩ Владимир Николаевич  Его публикации  Нужна регистрация Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!