ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА


RU (11) 2027296 (13) C1

(51) 6 H02M7/5375, H02J7/10 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5046454/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.07.05 
(45) Опубликовано: 1995.01.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Заявка Японии N 58-4043, кл. H 02M 7/537, 1983. 2. Заявка Франции N 2522900, кл. H 02M 7/537, 1982. 3. Авторское свидетельство СССР N 418923, кл. H 02J 7/02, 1974. 
(71) Заявитель(и): Серов Н.А.; Глебов Ю.А.; Чучалов В.А.; Клоков Ю.В. 
(72) Автор(ы): Серов Н.А.; Глебов Ю.А.; Чучалов В.А.; Клоков Ю.В. 
(73) Патентообладатель(и): Серов Николай Александрович 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА 

Изобретение может быть использовано для преобразования энергии постоянного тока аккумуляторной батареи в переменный с напряжением 220 В и для заряда аккумуляторной батареи от сети переменного тока. Сущность изобретения: преобразователь содержит аккумуляторную батарею 1, тиристорный преобразователь 2 трансформаторного типа, транзисторные ключи 13, 14 контактно соединенные с дополнительными выводами вторичной обмотки трансформатора 3, аккумуляторной батареей и выходами компараторов 11, 12, несимметричный фильтр 24, соединенный с усилителем 25 постоянного тока, схемой 20 выделения максимального сигнала и делителем 21, соединенным, в свою очередь, с сумматорами 18, 19, генератор 28 опорного треугольного напряжения, контактно соединенный с одним из тиристоров. Преобразователь оборудован вилкой 34 и розеткой 35 цепи переменного тока, контактно соединенными с выводами первичной обмотки трансформатора 3. Преобразователь позволяет обеспечить жесткий рабочий участок внешней характеристики напряжения в режиме преобразования энергии постоянного тока в переменный, а также стабильное заданное значение зарядного тока батареи в режиме зарядного устройства. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания для преобразования энергии переменного тока в постоянный, используемый для заряда аккумуляторных батарей, и для преобразования энергии постоянного тока аккумуляторной батареи в переменный ток с напряжением 220 В.

Известны преобразоатели энергии электрического тока [1,2] трансформаторного типа, преобразующие энергию постоянного тока в переменный.

Недостатком известных преобразователей является ограниченная область использования.

В качестве прототипа выбрано устройство для заряда аккумуляторной батареи [3], содержащее аккумуляторную батарею, тиристорный выпрямитель в виде трансформатора и двух тиристорных ключей, датчик и задатчик тока, два усилителя-формирователя, усилитель постоянного тока и генератор пилообразного напряжения.

Недостатком прототипа является ограничение области его использования, а именно использование только для заряда аккумуляторной батареи.

Целью изобретения является расширение функционального использования преобразователя электрической энергии. Предлагаемый преобразователь обеспечивает как преобразование энергии постоянного тока аккумуляторной батареи в переменный ток с напряжением 220 В, так и заряд аккумуляторной батареи от источника переменного тока.

Для решения поставленной задачи предлагаемый преобразователь, содержащий аккумуляторную батарею, минусовой вывод которой соединен с первым входным контактом датчика тока, тиристорный выпрямитель в виде первого и второго тиристорных ключей, аноды которых соединены с выводами вторичной обмотки трансформатора, а управляющие входы - с выходами усилителей-формирователей, задатчик тока, усилитель постоянного тока и генератор треугольного напряжения, дополнительно оборудован вилкой и розеткой источника переменного напряжения, связанными через контактные переключатели с выводами первичной обмотки трансформатора, двумя транзисторными ключами, базовые выводы которых соединены с выходами компараторов, входы которых связаны с выходами сумматоров, первые входы которых соединены с выходом схемы выделения максимального сигнала, вторые входы связаны с выходом делителя, а третьи входы соединены с выходом генератора треугольного напряжения, вход которого посредством контактного переключателя соединен с анодом первого тиристорного ключа, а также несимметричным фильтром, выход которого соединен с входом делителя и первым входом схемы выделения максимального сигнала, второй вход которой посредством контактного переключателя связан с источником начального напряжения, а вход несимметричного фильтра соединен с выходом усилителя постоянного тока, первый вход которого посредством контактного переключателя соединен с выходом датчика тока, а второй вход через контактный переключатель связан с задатчиком тока, при этом входы усилителей-формирователей связаны посредством контактных переключателей с выходами компараторов, дополнительные выводы вторичной обмотки трансформатора соединены через контактные переключатели с коллекторными выводами транзисторных ключей, катоды тиристорных ключей и эмиттеры транзисторных ключей связаны с плюсовым выводом аккумуляторной батареи, а второй входной контакт датчика тока присоединен к выводу вторичной обмотки трансформатора.

Схема преобразования обладает следующими достоинствами. Наличие сигнала Uо, поступающего с источника начального напряжения, обеспечивает на всех режимах паузу между импульсами, достаточную для восстановления запирающих свойств транзисторных ключей. Делитель создает возможность компенсировать внутреннее падение напряжения преобразователя и иметь жесткий рабочий участок внешней характеристики. Весьма важные преимущества обеспечивает применение несимметричного фильтра. Этот фильтр позволяет иметь достаточно гладкое напряжение управления Uу, что необходимо для нормального сравнения на входе компараторов с опорным треугольным напряжением без потери быстродействия в направлении нарастания тока. Кроме того, ограничение тока за счет уменьшения ширины импульсов осуществляется с помощью несимметричного фильтра в функции амплитуды импульсов тока, что существенно повышает качество токоограничения и позволяет избежать перегрузки даже при коротком замыкании на розетке. Обычный симметричный фильтр с постоянной времени, достаточной для приемлемого сглаживания сигнала, не позволяет обеспечить эффективное токоограничение в статике (регулирование осуществляется в функции средней величины тока) и в динамике (появляется заметное запаздывание в канале регулирования ширины импульсов).

На фиг.1 представлена схема преобразователя энергии электрического тока; на фиг. 2 показан график формирования управляющих импульсов.

Преобразователь содержит аккумуляторную батарею 1, тиристорный выпрямитель 2 в виде трансформатора 3 и соединенных с выводами его вторичной обмотки тиристорных ключей 4,5. Управляющие входы последних связаны с выходами усилителей-формирователей 6,7, входы которых посредством контактных переключателей 8,9 переключателя 10 режимов присоединены к выходам компараторов 11, 12, соединенных также с базовыми выводами транзисторных ключей 13, 14. Эмиттеры последних соединены с плюсовым выводом аккумуляторной батареи 1, а коллекторные выводы через контакты 15, 16 присоединены к дополнительным выводам вторичной обмотки трансформатора 3, соединенной также вторым входным контактом датчика 17 тока, первый входной контакт которого связан с минусовым выводом аккумуляторной батареи 1. Входы компараторов 11, 12 связаны с выходами сумматоров 18,19, первые входы которых соединены с выходом схемы 20 выделения максимального сигнала, вторые входы - с выходом генератора 22 опорного треугольного напряжения, вход которого через контактный переключатель 23 соединен с анодом первого тиристорного ключа 4. Вход делителя 21 и первый вход схемы 20 выделения максимального сигнала соединены с выходом несимметричного фильтра 24, вход которого соединен с выходом усилителя 25 постоянного тока, первый вход которого через контактный переключатель 26 связан с задатчиком 27 тока, а второй вход через контакты 28, 29 - с выходом датчика 17 тока. Второй вход схемы 20 выделения максимального сигнала посредством переключения 30 связан с источником 31 начального напряжения. Выводы первичной обмотки трансформатора 3 через контактные переключатели 32, 33 связаны с вилкой 34 и розеткой 35 сети переменного тока с напряжением 220 В.

В режиме преобразования энергии переменного тока в постоянный (режим зарядного устройства) преобразователь работает следующим образом.

Вилка 34 включается в сеть 220 В 50 Гц, и это напряжение через контакты 32 и 33 переключателя 10 режимов подается на первичную обмотку трансформатора 3. На выводах вторичной обмотки последнего появляется пониженное напряжение, которое через тиристорные ключи 4 и 5 прикладывается к аккумуляторной батарее 1 и обеспечивает протекание зарядного тока. Тиристорные ключи 4, 5 открываются в момент подачи импульсов с выходов компараторов 11, 12 через контакты 8 и 9 и усилители-формирователи 6, 7. Моменты формирования импульсов на выходах компараторов 11,12 определяются моментами сравнения управляющего напряжения U1 с выхода схемы 20 выделения максимального сигнала и треугольного опорного напряжения Uоп с выхода генератора 22 треугольного напряжения на входах сумматоров 18, 19. При этом треугольное напряжение на выходе генератора 22 синхронизировано с сетью благодаря соединению входа генератора 22 с анодом первого тиристорного ключа 4 через контакт 23 переключателя 10 режимов. Контакт 30 в режиме зарядного устройства разомкнут, и начальное напряжение Uо с выхода источника 31 на второй вход схемы 20 выделения максимального сигнала не подается, благодаря чему схема 20 на выходе повторяет входной сигнал, поступающий с выхода несимметричного фильтра 24. Тот же, но уменьшенный сигнал U2 дополнительно поступает на входы сумматоров 18, 19 через делитель 21, что несколько уменьшает общее управляющее воздействие Uу, но не меняет способа формирования импульсов на выходах компараторов 11, 12. На вход усилителя 25 постоянного тока подаются задающий сигнал U3 с выхода задатчика 27 через контакт 26 и сигнал обратной связи по току с датчика 17 тока через контакты 28,29. На выходе усилителя 25 формируется разность задающего сигнала U3 и сигнала отрицательной обратной связи по току. Поскольку зарядный ток имеет пульсирующий, прерывистый характер, выходное напряжение усилителя 25 имеет большую переменную составляющую и непосредственно на вход схемы 20 подаваться не может, а подается сначала на вход несимметричного фильтра 24. Последний представляет собой емкость с зарядной цепью, содержащей диод и резистор малой величины, и с высокоомной разрядной цепью. В этом случае постоянная времени заряда существенно меньше постоянной времени разряда, причем несимметричный фильтр включен таким образом, что на нарастание тока он имеет малую постоянную времени, а на спадание - большую. Благодаря указанным свойствам несимметричный фильтр позволят получать на своем выходе практически гладкий сигнал при сохранении высокого быстродействия на нарастание тока и осуществлять обратную связь по амплитуде зарядного тока. Отрицательная обратная связь по току позволяет поддерживать стабильным заданное значение зарядного тока независимо от степени заряженности аккумуляторной батареи и уровня напряжения в сети.

В режиме преобразования энергии постоянного тока в переменный (режим преобразователя) преобразователь работает следующим образом.

На выходе генератора 22 треугольного напряжения формируется треугольное опорное напряжение Uоп (фиг.2) с частотой, близкой к 50 Гц. На входах сумматоров 18, 19 это напряжение сравнивается с напряжением управления Uу, представляющим собой разность напряжения U1 с выхода схемы 20 выделения максимального сигнала и напряжения U2 с выхода делителя 21:

Uу = U1 - U2 .

В моменты времени I и II сравнения треугольного опорного напряжения Uоп и напряжения Uу управления происходит переключение компаратора 11 и формирование прямоугольного импульса на его выходе. В моменты времени III и IV происходит переключение компаратора 12 и формирование аналогичного импульса на его выходе. Импульсы с выходов компараторов 11, 12 подаются на управляющие (базовые) входы транзисторных ключей 13, 14 и определяют длительность открытого состояния этих ключей имп и время tп паузы. Транзисторные ключи 13, 14 в рассматриваемом режиме своими коллекторами через контакты 16, 15 переключателя 10 режимов соединены с выводами вторичной обмотки трансформатора 3 и, поочередно открываясь, прикладывают напряжение аккумуляторной батареи 1 к этой обмотке. На зажимах первичной обмотки трансформатора 3 при этом возникает переменное напряжение 220 В прямоугольной формы, которое через контакты 32 и 33 подается на розетку 35, к которой могут подключаться электропотребители, рассчитанные на напряжение 220 В мощностью до 250 Вт. Ток аккумуляторной батареи 1 и соответственно выходной сигнал датчика 17 тока в этом режиме представляют собой импульсы шириной имп с паузой tп. Сигнал датчика 17 тока через контакты 28, 29, служащие для согласования полярности сигнала, подается на вход усилителя 25 постоянного тока, а увеличенный сигнал с выхода усилителя 25 - на вход несимметричного фильтра 24. Последний, как показано выше, преобразует импульсный сигнал с выхода усилителя 25 в гладкий сигнал, приблизительно равный амплитуде исходного импульсного сигнала. Этот гладкий сигнал подается на вход делителя 21 и первый вход схемы 20 выделения максимального сигнала. На второй вход схемы 20 подается начальное напряжение Uо от источника 31 через контакт 30, переключателя 10 режимов. Нарастание тока в нагрузке приводит к увеличению гладкого сигнала на выходе несимметричного фильтра 24, но до тех пор, пока это напряжение меньше начального напряжения Uо, выходное напряжение U1 схемы 20 выделения максимального сигнала остается постоянным и равным Uо. Сигнал на выходе делителя 21 при этом увеличивается, а сигнал Uу = U1 - U2 соответственно уменьшается. Уменьшение сигнала Uу приводит к некоторому увеличению ширинры импульсов имп и уменьшению времени паузы tп. Действие сигнала U2 с выхода делителя 21 позволяет компенсировать внутреннее падение напряжения в преобразователе и обеспечить высокую жесткость рабочего участка внешней характеристики. При дальнейшем нарастании тока нагрузки напряжение выхода несимметричного фильтра 24 превышает начальное напряжение Uо. Начиная с этого момента, напряжение U1 выхода схемы 20 выделения максимального сигнала становится равным напряжению выхода несимметричного фильтра и увеличивается вместе с ним. Увеличивается напряжение управления Uу = U1 - U2, уменьшается ширина импульсов имп и возрастает время паузы tп. Выходное напряжение преобразователя быстро уменьшается. Таким образом, при превышении напряжением выхода несимметричного фильтра 24 величины Uо осуществляется эффективное токоограничение. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, содержащий аккумуляторную батарею, минусовой вывод которой соединен с первым входным контактом датчика тока, тиристорный выпрямитель в виде первого и второго тиристорных ключей, аноды которых соединены с выводами вторичной обмотки трансформатора, а управляющие входы - с выходами усилителей-формирователей, задатчик тока, усилитель постоянного тока и генератор треугольного напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения функционального использования, он дополнительно оборудован вилкой и розеткой источника переменного напряжения, связанными через соответствующие контактные переключатели с выходами первичной обмотки трансформатора, двумя транзисторными ключами, коллекторные выводы которых связаны посредством соответствующих контактных переключателей с дополнительными выводами вторичной обмотки трансформатора, а базовые выводы соединены с выходами компараторов, входы которых соединены с выходами сумматоров, первые входы которых связаны с выходом делителя, вторые входы - с выходом генератора треугольного напряжения, вход которого посредством соответствующего контактного переключателя связан с анодом первого тиристорного ключа, а третьи входы сумматоров соединены с выходом схемы выделения максимального сигнала, первый вход которого через соответствующий контактный переключатель связан с источником начального напряжения, а второй вход и вход делителя - с выходом несимметричного фильтра, вход которого связан с выходом усилителя постоянного тока, первый вход которого посредством соответствующего контактного переключателя соединен с выходом датчика тока, а второй вход через соответствующий контактный переключатель - с задатчиком тока, при этом входы усилителей-формирователей посредством соответствующих контактных переключателей соединены с выходами компараторов, катоды тиристорных ключей и эмиттеры транзисторных ключей соединены с плюсовым выводом аккумуляторной батареи, а второй входной контакт датчика тока присоединен к выводу вторичной обмотки трансформатора.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru