ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ


RU (11) 2260236 (13) C1

(51) 7 H02J9/06 

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

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2004105986/09 
(22) Дата подачи заявки: 2004.03.02 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.03.02 
(45) Опубликовано: 2005.09.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 942202 A1, 17.12.1982. SU 1757022 A1, 23.08.1998. GB 2317276 А, 18.03.1998. 
(72) Автор(ы): Дмитриев В.С. (RU); Карпов С.И. (RU); Куролес В.К. (RU); Савчук В.Д. (RU); Трусов В.Н. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество "Государственное машиностроительное конструкторское бюро "Радуга" им. А.Я. Березняка" (ОАО "ГосМКБ "Радуга" им. А.Я. Березняка") (RU) 
Адрес для переписки: 141980, Московская обл., г. Дубна, ул. Жуковского, 2а, ОАО "ГосМКБ "РАДУГА" им. А.Я. Березняка", патентный отдел 

(54) ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Изобретение относится к области электротехники, а точнее к агрегатам резервного или бесперебойного питания сети постоянного тока, преимущественно работающей от нестабильных источников электропитания, мощность которых может меняться в широких пределах (ветро-, гидро-, фото- и т.п. электростанции). Предлагаемым изобретением другим способом решается техническая задача суммирования энергии от источника нестационарного напряжения и аккумуляторной батареи - за счет разделения времени подключения к нагрузке того или иного источника энергии, что позволяет значительно упростить конструкцию и повысить экономичность источника второго электропитания. Для достижения указанного технического результата источник вторичного электропитания содержит источник нестационарного напряжения и импульсный полупроводниковый мост, включающий первую стойку, образованную соединенными последовательно первым полупроводниковым ключом и аккумуляторной батареей, общая точка соединения которых является средней точкой стойки, вторую стойку, образованную вторым ключом и последовательно соединенными дросселем и нагрузкой, параллельно которой подключена емкость, общая точка соединения ключа и дросселя является средней точкой второй стойки, при этом входная диагональ моста подключена к источнику нестационарного напряжения, а выходная диагональ закорочена третьим полупроводниковым ключом, причем напряжение аккумуляторной батареи выбирается в два раза большим номинального напряжения нагрузки. 1 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области электротехники, а точнее к агрегатам резервного или бесперебойного питания сети постоянного тока, преимущественно работающей от нестабильных источников электропитания, мощность которых может меняться в широких пределах (ветро-, гидро-, фото- и т.п. электростанции).

Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является описанный в патенте РФ на полезную модель №29416 «Источник вторичного электропитания», содержащий импульсный высокочастотный преобразователь с индуктивно-емкостным фильтром и широтно-импульсным модулятором, выход которого подключен к нагрузке, аккумуляторную батарею с цепью заряда и содержащей полупроводниковый ключ цепью разряда, устройство управления полупроводниковым ключом, подключенное к датчику состояния питающей сети, при этом аккумуляторная батарея соединена с питающей сетью последовательно через полупроводниковый ключ, нагрузку и импульсный высокочастотный преобразователь, зарядное устройство выполнено в виде ДС/ДС - преобразователя, подключенного входом к выходу импульсного высокочастотного преобразователя параллельно нагрузке, а выходом подключенного к аккумуляторной батарее. Данное устройство так же как и предлагаемое относится к классу бестрансформаторных преобразователей и предназначено для суммирования электроэнергии от аккумуляторного и преимущественно нестационарного источника. Суммирование осуществляется путем добора от аккумуляторной батареи недостающей части энергии.

Существенными признаками источника вторичного электропитания - прототипа, совпадающими с признаками предлагаемого технического решения, является наличие источника нестационарного напряжения, аккумуляторной батареи, ключа, расположенного между аккумуляторной батареей и нагрузкой, подключение параллельно нагрузке конденсатора фильтра.

Источник вторичного электропитания - прототип позволяет использовать практически полный диапазон производимых источником переменного напряжения мощностей, однако конструктивно достаточно сложен в связи с необходимостью использования гальванически разделенных источников питания управляющих цепей полупроводниковых ключей, что влияет в том числе и на экономичность источника вторичного электропитания.

Предлагаемым изобретением другим способом решается техническая задача суммирования энергии от источника нестационарного напряжения и аккумуляторной батареи - за счет разделения времени подключения к нагрузке того или иного источника энергии, что позволяет значительно упростить конструкцию и повысить экономичность источника вторичного электропитания.

Для достижения указанного технического результата источник вторичного электропитания содержит источник нестационарного напряжения и импульсный полупроводниковый мост, включающий первую стойку, образованную соединенными последовательно первым полупроводниковым ключом и аккумуляторной батареей, общая точка соединения которых является средней точкой стойки, вторую стойку, образованную вторым ключом и последовательно соединенными дросселем и нагрузкой, параллельно которой подключена емкость, общая точка соединения ключа и дросселя является средней точкой второй стойки, при этом входная диагональ моста подключена к источнику нестационарного напряжения, а выходная диагональ закорочена третьим полупроводниковым ключом, причем напряжение аккумуляторной батареи выбирается в два раза большим номинального напряжения нагрузки.

Отличительными признаками предлагаемого источника вторичного электропитания от известного является то, что предложена мостовая схема, в которой аккумуляторная батарея и источник нестационарного напряжения имеют общую отрицательную шину питания, наличие вольтдобавки, реализованной путем включения последовательно с нагрузкой дросселя, подключенного к источнику нестационарного напряжения и к аккумуляторной батарее поочередно с помощью ключей моста, так что в дросселе в течение полпериода накапливается энергия от аккумуляторной батареи, а в течение второго периода эта энергия суммируется с энергией источника нестационарного напряжения. Это достигается тем, что ключи коммутируются в зависимости от соотношения напряжения аккумуляторной батареи, номинального напряжения нагрузки и напряжения нестационарного источника питания, причем напряжение аккумуляторной батареи выбирается в два раза большим номинального напряжения нагрузки.

Благодаря наличию данных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующий технический результат - реализуется другой способ суммирования энергии от источника нестационарного напряжения и аккумуляторной батареи - за счет разделения времени подключения к нагрузке того или иного источника энергии, что позволяет значительно упростить конструкцию за счет исключения из источника вторичного электроснабжения гальванически развязанных источников питания цепей управления силовых ключей и повысить экономичность источника вторичного электропитания.

В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующая предлагаемый источник вторичного электропитания, не была обнаружена. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию охраноспособности "новое".

На основании сравнительного анализа предложенного технического решения с известным уровнем техники по источникам научно-технической и патентной литературы можно утверждать, что между совокупностью признаков, в том числе и отличительных, и выполняемых ими функций, и достигаемых целей существует неочевидная причинно-следственная связь. На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что техническое решение в предложенном устройстве не следует явным образом из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию охраноспособности «изобретательский уровень».

Предложенное техническое решение может найти применение в системах бесперебойного электропитания и позволяет для этих целей в качестве основного источника электроэнергии использовать нестабильные, в том числе возобновляемые источники энергии, а следовательно, данное решение соответствует критерию «промышленно применимо».

Изображенный на схеме источник вторичного электропитания содержит высокочастотные полупроводниковые ключи 1, 2, 3, нагрузку с параллельно подключенным конденсатором 4, дроссель 5, аккумуляторную батарею 6, источник нестационарного напряжения постоянного тока 7. В качестве нагрузки 4 может выступать инвертор, если потребителю необходимо напряжение промышленной частоты.

Работу устройства рассмотрим в трех режимах, поскольку состояние ключей определяется соотношением напряжения аккумуляторной батареи, номинального напряжения нагрузки и напряжения нестационарного источника питания.

1. Первый режим характеризуется тем, что напряжение нестационарного источника питания 7 меньше номинального напряжения нагрузки 4.

Для правильной работы предложенного импульсного моста следует выбрать напряжение аккумуляторной батареи 6 в два раза большим напряжения номинального на нагрузке 4 и ограничить скважность управляющих импульсов второго ключа уровнем 0,5. Тем самым процесс разбивается на два полупериода. В первом полупериоде аккумуляторная батарея 6 питает нагрузку 4 и при этом заряжает энергией дроссель 5. В начале второго периода за счет запирания ключа 2 на дросселе 5 резко меняется напряжение от напряжения аккумуляторной батареи Uаб до напряжения нестационарного источника 7 Uи, возникает изменение тока через дроссель 5 i/t и возникает эдс самоиндукции Lя·i/t, которая при включенном ключе 3 суммируется с напряжением нестационарного источника питания 7. Т.е. во втором полупериоде обеспечивается суммирование энергии аккумулятора 6 и энергии нестационарного источника питания 7, запасенной в дросселе, причем по мере повышения напряжения нестационарного источника 7 уменьшается скважность управляющих импульсов ключа 2, т.е. аккумуляторная батарея 6 отдает в нагрузку лишь часть энергии, которой нагрузке 4 недостает от нестационарного источника 7. Здесь суммирование энергий происходит за счет разделения времени подключения к нагрузке того или иного источника энергии, а дроссель 5 играет роль «вольтдобавки».

2. Второй режим характеризуется тем, что напряжение нестационарного источника 7 питания больше номинального напряжения нагрузки 4, но меньше напряжения аккумуляторной батареи 6. При этом ключи 1 и 2 закрыты, ключ 3 коммутируется в широтно-импульсном режиме. Здесь при увеличении напряжения нестационарного источника питания 7 уменьшается скважность управляющих импульсов по закону 1=1-Uи/Uаб, тем самым обеспечивая стабилизацию напряжения на нагрузке.

3. Третий режим характеризуется тем, что напряжение нестационарного источника 7 питания больше напряжения аккумуляторной батареи 6. В этом режиме ключ 3 закрывается, а ключ 2 открывается. Ключ 1 управляется в широтно-импульсном режиме со скважностью 1, которая убывает по мере увеличения напряжения нестационарного источника 7, тем самым обеспечивая стабилизацию напряжения на параллельно подключенных в этом режиме аккумуляторной батарее 6 и нагрузке 4. За счет этого обеспечивается заряд аккумуляторной батареи 6 и питание нагрузки 4. Причем ток заряда при этом равен разности тока нестационарного источника энергии 7 и тока нагрузки 4. Т.е. избыточная энергия нестационарного источника 7 идет на заряд аккумуляторной батареи 6. Для повышения точности стабилизации в широтно-импульсный модулятор ключа 1 можно включить отрицательную обратную связь по напряжению нагрузки 4. Однако, если в качестве нагрузки используется инвертор, вполне достаточно обеспечить законы управления 1 и 2.

За счет применения в источнике вторичного питания предложенного импульсного полупроводникового моста управляющие входы всех ключей могут быть запитаны от одного источника питания без гальванической развязки, причем этот источник может иметь общую отрицательную шину с источником нестационарного напряжения и аккумуляторной батареей. Благодаря указанному исчезает необходимость в дополнительном источнике питания управляющих входов ключей. Это позволяет уменьшить вес, габариты и стоимость источника бесперебойного питания. По сути предложенный мост может быть отнесен к бестрансформаторным схемам с гальваническими связями, обеспечивающий стабильное напряжение на нагрузке при изменении Uи от 0 до 2 Uи.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Источник вторичного электропитания, характеризующийся тем, что он содержит источник нестационарного напряжения и импульсный полупроводниковый мост, включающий первую стойку, образованную соединенными последовательно первым полупроводниковым ключом и аккумуляторной батареей, общая точка соединения которых является средней точкой стойки, вторую стойку, образованную вторым ключом и последовательно соединенными дросселем и нагрузкой, параллельно которой подключена емкость, общая точка соединения ключа и дросселя является средней точкой второй стойки, при этом входная диагональ моста подключена к источнику нестационарного напряжения, а выходная диагональ закорочена третьим полупроводниковым ключом, причем напряжение аккумуляторной батареи выбирается в два раза большим номинального напряжения нагрузки.






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