RU2610924C1 - Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки при подключении к сети переменного тока - Google Patents

Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки при подключении к сети переменного тока Download PDF

Info

Publication number
RU2610924C1
RU2610924C1 RU2016106066A RU2016106066A RU2610924C1 RU 2610924 C1 RU2610924 C1 RU 2610924C1 RU 2016106066 A RU2016106066 A RU 2016106066A RU 2016106066 A RU2016106066 A RU 2016106066A RU 2610924 C1 RU2610924 C1 RU 2610924C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
rectifier
input
key
load capacitor
Prior art date
Application number
RU2016106066A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Александрович Герасимов
Антон Владимирович Комлев
Михаил Владимирович Красковский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
Priority to RU2016106066A priority Critical patent/RU2610924C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2610924C1 publication Critical patent/RU2610924C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/00714—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
    • H02J7/00716—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current in response to integrated charge or discharge current
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Rectifiers (AREA)

Abstract

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение надежности устройства ограничения. Устройство содержит первый выпрямитель, второй выпрямитель, при этом шины питающего переменного напряжения подключены на вход первого выпрямителя и на вход второго выпрямителя, а первый выход второго выпрямителя соединен с первой клеммой для подключения конденсатора нагрузки. В устройство дополнительно введены ключ, сглаживающий реактор, обратный диод, пороговый элемент, источник опорного напряжения, компаратор и логический блок. При этом второй выход второго выпрямителя соединен с первым выводом ключа, второй вывод ключа через сглаживающий реактор соединен со второй клеммой для подключения конденсатора нагрузки, обратный диод катодом подключен ко второму выводу ключа, а его анод соединен с первым выходом второго выпрямителя, первый вход логического блока соединен с выходом первого выпрямителя, а его второй вход связан с выходом компаратора, первый и второй входы компаратора соединены с выходами порогового элемента и источника опорного напряжения соответственно, при этом вход порогового элемента подключен к первому выводу ключа, выход логического блока соединен с управляющим входом ключа, а второй выпрямитель выполнен неуправляемым. 2 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для ограничения зарядного тока конденсатора, в частности, для ограничения зарядного тока конденсатора, подключенного к входу инвертора.
Известно устройство для ограничения зарядного тока конденсатора. (http://electrum-av.com/ru/, Новиков П.А. Плавный заряд емкости: что выбрать? Рис. 1).
Известное устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки состоит из резистора, подключенного между источником питания и конденсатором нагрузки, реле с замыкающим контактом, подключенным параллельно резистору и системы управления, обеспечивающей срабатывание реле при увеличении напряжения на конденсаторе нагрузки до заданного уровня или по прошествии определенного времени с момента включения.
Недостатки устройства обусловлены тем, что катушка реле в основном режиме работы устройства остается подключенной к сети, что снижает ресурс ее работы и увеличивает вероятность отказа.
Известно устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки, наиболее близкое по технической сущности к заявляемому устройству. (http://electrum-av.com/ru/, Новиков П.А. Плавный заряд емкости: что выбрать? Рис. 4) - прототип.
Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки состоит из первого выпрямителя, управляющего устройства, блока гальванической изоляции, второго управляемого выпрямителя с тиристорами, развязывающих диодов и ограничительных резисторов в цепи управления тиристорами. Шины питающего переменного напряжения подключены на вход первого выпрямителя и на вход второго управляемого выпрямителя. Выход первого выпрямителя соединен с входом управляющего устройства, выход которого подключен к входной цепи блока гальванической изоляции. Выходная цепь блока гальванической изоляции соединяет связанные вместе катоды развязывающих диодов и управляющие выводы тиристоров второго управляемого выпрямителя через ограничительные резисторы, при этом аноды развязывающих диодов подключены к шинам питающего напряжения.
Управляющее устройство по сигналу с выхода первого выпрямителя, представляющего собой пульсирующее напряжение с удвоенной частотой сети, определяет переход через 0 и по заложенной характеристике открывает блок гальванической развязки, который в свою очередь открывает тиристоры второго управляемого выпрямителя. Тиристоры открываются при последовательном увеличении угла их проводимости начиная с минимального и заканчивая полным открытием. После 15 полуволн тиристоры остаются постоянно открытыми. Таким образом, при частоте питающей сети 50 Гц заряд конденсатора происходит за 150 мс, что считается достаточным для ограничения зарядного тока конденсатора большой емкости.
Недостаток известного устройства для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки обусловлен тем, что процесс заряда осуществляется за постоянное время, соответствующее заложенной в устройство характеристике. Уровень ограничения тока заряда будет соответствовать заданному значению при постоянных внешних условиях, для которых выбирались параметры характеристики заряда: это число полуволн питающего напряжения, за которое угол проводимости тиристоров изменяется от минимального до полного открытия, а также закон изменения приращения угла проводимости в указанном диапазоне.
При переменных внешних условиях, т.е. при изменении значения питающего напряжения, значения емкости конденсатора нагрузки или режима работы устройства, который может меняться от холостого хода до номинального, процесс заряда конденсатора будет отличаться от запрограммированного. При этом для одних сочетаний внешних условий будет происходить заряд при увеличенных как импульсных, так и средних значениях тока, для других внешних условий будет наблюдаться затягивание процесса заряда конденсатора нагрузки. Кроме этого, возможны случайные изменения нагрузки на выходе устройства, включая и аварийные режимы с коротким замыканием, которые также вызовут превышение током допустимого значения.
В основу заявляемого изобретения поставлена задача устранить указанные недостатки, т.е. обеспечить постоянство параметров процесса заряда конденсатора нагрузки при изменении внешних условий работы, за счет чего повысить надежность устройства. Кроме этого, повышению надежности устройства способствует введение функции защиты от короткого замыкания в нагрузке.
Поставленная задача решается тем, что в устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки, содержащее первый выпрямитель, второй выпрямитель, при этом шины питающего переменного напряжения подключены на вход первого выпрямителя и на вход второго выпрямителя, а первый выход второго выпрямителя соединен с первой клеммой для подключения конденсатора нагрузки, дополнительно введены ключ, сглаживающий реактор и обратный диод, причем второй выход второго выпрямителя соединен с первым выводом ключа, второй вывод ключа через сглаживающий реактор соединен со второй клеммой для подключения конденсатора нагрузки, обратный диод катодом подключен ко второму выводу ключа, а его анод соединен с первым выходом второго выпрямителя, кроме этого в устройство введены пороговый элемент, источник опорного напряжения, компаратор и логический блок, первый вход которого соединен с выходом первого выпрямителя, а второй вход логического блока связан с выходом компаратора, первый и второй входы которого соединены с выходами порогового элемента и источника опорного напряжения соответственно, при этом вход порогового элемента подключен к первому выводу ключа, выход логического блока соединен с управляющим входом ключа, а второй выпрямитель выполнен неуправляемым.
В заявленном устройстве для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки общими существенными признаками для него и для его прототипа являются:
- первый выпрямитель;
- второй выпрямитель;
- при этом шины питающего переменного напряжения подключены на вход первого выпрямителя и на вход второго выпрямителя;
- первая выходная клемма второго выпрямителя соединена с первой выходной клеммой устройства для подключения конденсатора нагрузки.
Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного устройства для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки и его прототипа показывает, что первый в отличие от прототипа имеет следующие отличительные признаки:
- в устройство введены ключ, сглаживающий реактор и обратный диод, причем второй выход второго выпрямителя соединен с первым выводом ключа, второй вывод ключа через сглаживающий реактор соединен со второй клеммой для подключения конденсатора нагрузки, обратный диод катодом подключен ко второму выводу ключа, а его анод соединен с первым выходом второго выпрямителя;
- в устройство введены пороговый элемент, источник опорного напряжения, компаратор и логический блок, первый вход которого соединен с выходом первого выпрямителя, а второй вход логического блока связан с выходом компаратора;
- первый и второй входы компаратора соединены с выходами порогового элемента и источника опорного напряжения соответственно;
- вход порогового элемента подключен к первому выводу ключа, выход логического блока соединен с управляющим входом ключа, а второй выпрямитель выполнен неуправляемым.
Отличительные признаки предлагаемого решения выполняют следующие функциональные задачи для достижения требуемого технического результата.
Признаки: «… в устройство введены ключ, сглаживающий реактор и обратный диод, причем второй выход второго выпрямителя соединен с первым выводом ключа, второй вывод ключа через сглаживающий реактор соединен со второй клеммой для подключения конденсатора нагрузки, обратный диод катодом подключен ко второму выводу ключа, а его анод соединен с первым выходом второго выпрямителя» обеспечивают периодическое подключение конденсатора нагрузки к источнику питающего напряжения на определенный интервал времени, причем за счет сглаживающего реактора и обратного диода ток заряда конденсатора поддерживается непрерывным с заданным уровнем пульсаций и плавным нарастанием напряжения на конденсаторе нагрузки.
Признаки: «… введены пороговый элемент, источник опорного напряжения, компаратор и логический блок, первый вход которого соединен с выходом первого выпрямителя, а второй вход логического блока связан с выходом компаратора, первый и второй входы которого соединены с выходами порогового элемента и источника опорного напряжения соответственно, при этом вход порогового элемента подключен к первому выводу ключа, выход логического блока соединен с управляющим входом ключа, а второй выпрямитель выполнен неуправляемым» позволяют контролировать ток ключа путем измерения падения напряжения на ключе в открытом состоянии и формировать посредством логического блока сигнал на уменьшение длительности интервала проводимости ключа, если указанное падение напряжение в интервале открытого состояния ключа будет больше некоторого заданного значения, определяемого уставкой источника опорного напряжения.
На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решение поставленной задачи. Указанные существенные признаки, отличающие заявленное устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки от прототипа, в совокупности с признаками, общими для него и прототипа, обеспечивает достижение заявленного технического результата во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки; на фиг. 2 - осциллограммы сигналов, полученные при схемотехническом моделировании процессов, сопровождающих как заряд конденсатора нагрузки при подключении устройства к питающей сети, так и наброс нагрузки, соответствующий практически короткому замыканию (моменты времени t1 и t2 - начало и окончание режима КЗ):
- UC(t) - график изменения напряжения на конденсаторе нагрузки;
- UУ(t) - вид сигнала управления на управляющем входе ключа;
- IЗ(t) - график изменения тока нагрузки устройства.
Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки при подключении к сети переменного тока содержит первый выпрямитель 1, второй выпрямитель 2, при этом шины питающего переменного напряжения подключены на вход первого выпрямителя 1 и на вход второго выпрямителя 2, а первый выход второго выпрямителя 2 соединен с первой клеммой 3 для подключения конденсатора 4 нагрузки, ключ 5, сглаживающий реактор 6 и обратный диод 7, причем второй выход второго выпрямителя 2 соединен с первым выводом ключа 5, а второй вывод ключа 5 через сглаживающий реактор 6 соединен со второй клеммой 8 для подключения конденсатора 4 нагрузки, обратный диод 7 катодом подключен ко второму выводу ключа 5, а его анод соединен с первым выходом второго выпрямителя 2, пороговый элемент 9, источник 10 опорного напряжения, компаратор 11 и логический блок 12, первый вход которого соединен с выходом первого выпрямителя 1, а его второй вход связан с выходом компаратора 11, первый и второй входы компаратора 11 соединены с выходами порогового элемента 9 и источника 10 опорного напряжения соответственно, при этом вход порогового элемента 9 подключен к первому выводу ключа 5, выход логического блока 12 соединен с управляющим входом ключа 5, а второй выпрямитель 2 выполнен неуправляемым.
Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки при подключении к сети переменного тока работает следующим образом.
Выпрямленное напряжение с выхода первого выпрямителя 1 поступает на вход логического блока 12, на выходе которого формируется импульсный сигнал с частотой питающей сети и коэффициентом заполнения практически равным единице. Этот сигнал вызывает коммутацию ключа 5 с таким же коэффициентом заполнения его выходных импульсов. Такое управление соответствует максимальному среднему значению напряжения на втором выводе ключа 5 и максимальному току нагрузки, скорость изменения которого ограничена сглаживающим реактором 6. Вместе с тем ток нагрузки вызывает на ключе 5 определенное падение напряжения, которое с первого вывода ключа 5 поступает на вход порогового элемента 9. Сигнал с выхода порогового элемента 9 сравнивается в компараторе 11 с сигналом источника 10 опорного напряжения и воздействует на логический блок 12 таким образом, что интервал проводимости ключа 5 уменьшается. В результате на каждом интервале проводимости ключа 5 ограничивается максимальное значение его тока. Импульсный ток ключа 5 сглаживается реактором 6 и в интервалах проводимости ключа 5 последовательно увеличивает заряд конденсатора, а в интервалах паузы ключа 5 ток реактора 6 замыкается через обратный диод 7, что сохраняет заряд практически на неизменном уровне. Значение индуктивности реактора 6 выбирается из условия ограничения пульсаций тока на заданном уровне. Таким образом, происходит плавное увеличение заряда конденсатора и, соответственно, напряжения на его выводах при ограничении тока заряда допустимым уровнем, определяемым уставкой источника 10 опорного напряжения. При этом указанное регулирование выполняется вне зависимости от причин, приводящих к увеличению тока ключа 5. Графики изменения сигналов, приведенные на фиг. 2, наглядно это иллюстрируют.
Так, в интервале времени от начала процесса t=0 до момента t1 показано изменение координат при включении устройства. На этом участке происходит плавное увеличение напряжения UC(t) конденсатора с ограничением тока IЗ(t) заряда заданным значением IЗМ(t). Напряжение UУ(t) управления имеет вид импульсов с постоянной частотой и переменным коэффициентом заполнения, определяемым соотношением между падением напряжения на ключе 5 и уставкой источника 10 опорного напряжения. При завершении процесса заряда конденсатора коэффициент заполнения импульсов UУ(t) управления ключом 5 становится практически равным единице.
В интервале времени от t1 до t2 моделируется наброс нагрузки на выходе устройства. При этом коэффициент заполнения управляющих импульсов UУ(t) уменьшается и принимает значение, обеспечивающее ограничение тока нагрузки тем же максимальным значением IЗМ(t). После снятия нагрузки в момент t2 происходит повторный заряд конденсатора как в начале демонстрируемого процесса.
Таким образом, в устройстве наряду с ограничением зарядного тока конденсатора нагрузки при подключении к сети переменного тока осуществляется также и защита от токов перегрузки, включая и режим короткого замыкания независимо от внешних факторов, а именно: от значения емкости конденсатора С, от возможных изменений питающего напряжения, а также от значения нагрузки, подключенной на выходе устройства в процессе заряда конденсатора С, или от каких либо других условий функционирования.

Claims (1)

  1. Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки, содержащее первый выпрямитель, второй выпрямитель, при этом шины питающего переменного напряжения подключены на вход первого выпрямителя и на вход второго выпрямителя, а первый выход второго выпрямителя соединен с первой клеммой для подключения конденсатора нагрузки, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены ключ, сглаживающий реактор, обратный диод, пороговый элемент, источник опорного напряжения, компаратор и логический блок, причем второй выход второго выпрямителя соединен с первым выводом ключа, второй вывод ключа через сглаживающий реактор соединен со второй клеммой для подключения конденсатора нагрузки, обратный диод катодом подключен ко второму выводу ключа, а его анод соединен с первым выходом второго выпрямителя, первый вход логического блока соединен с выходом первого выпрямителя, а его второй вход связан с выходом компаратора, первый и второй входы компаратора соединены с выходами порогового элемента и источника опорного напряжения соответственно, при этом вход порогового элемента подключен к первому выводу ключа, выход логического блока соединен с управляющим входом ключа, а второй выпрямитель выполнен неуправляемым.
RU2016106066A 2016-02-20 2016-02-20 Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки при подключении к сети переменного тока RU2610924C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106066A RU2610924C1 (ru) 2016-02-20 2016-02-20 Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки при подключении к сети переменного тока

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106066A RU2610924C1 (ru) 2016-02-20 2016-02-20 Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки при подключении к сети переменного тока

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2610924C1 true RU2610924C1 (ru) 2017-02-17

Family

ID=58458740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016106066A RU2610924C1 (ru) 2016-02-20 2016-02-20 Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки при подключении к сети переменного тока

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2610924C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5563494A (en) * 1993-05-24 1996-10-08 Saft Method of monitoring the charging of sealed nickel storage cells, and a charger using the method
RU2101829C1 (ru) * 1990-04-04 1998-01-10 Адольф Иванович Генин Устройство для заряда аккумуляторной батареи
RU2134476C1 (ru) * 1996-07-04 1999-08-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" Устройство для ускоренного заряда аккумуляторной батареи асимметричным током
RU2231192C2 (ru) * 2000-08-14 2004-06-20 Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики Устройство для заряда емкостного накопителя

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2101829C1 (ru) * 1990-04-04 1998-01-10 Адольф Иванович Генин Устройство для заряда аккумуляторной батареи
US5563494A (en) * 1993-05-24 1996-10-08 Saft Method of monitoring the charging of sealed nickel storage cells, and a charger using the method
RU2134476C1 (ru) * 1996-07-04 1999-08-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" Устройство для ускоренного заряда аккумуляторной батареи асимметричным током
RU2231192C2 (ru) * 2000-08-14 2004-06-20 Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики Устройство для заряда емкостного накопителя

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4180853A (en) Two-stage commutation circuit for an inverter
JP6777078B2 (ja) 放電装置、電源装置および放電方法
CN105978309A (zh) 对开关模式电源的输入电容器进行放电
US20160043628A1 (en) Power conversion apparatus and protection method thereof while feedback current signal being abnormal
JP2014075928A (ja) 直流電源装置およびその制御方法
US20180019684A1 (en) Power converter
KR20200030581A (ko) 교류 스위치 그리고 그것을 구비하는 무정전 전원 장치 및 순저 보상 장치
US10069438B2 (en) Power converter with capacitor voltage balancing
US9343977B2 (en) Power conversion apparatus and over power protection method thereof
RU2610924C1 (ru) Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки при подключении к сети переменного тока
US20140361779A1 (en) Circuit arrangement and process for detecting a switch position
JP2016208825A (ja) ゲートドライバ
KR102197271B1 (ko) 동기 정류기 구동 회로 및 이를 포함하는 전원 공급 장치
RU2604883C1 (ru) Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки при подключении к сети переменного тока
RU2647700C1 (ru) Генератор импульсов переменной амплитуды
RU2564137C1 (ru) Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки
RU2449458C1 (ru) Устройство для подключения автономного инвертора напряжения к источнику напряжения постоянного тока
US4093980A (en) D.C. Electrical circuit means
CN114062917A (zh) 一种旁路开关高频耐压试验电路、方法及装置
US4135236A (en) DC-to-DC chopper circuit
EP2406876B1 (en) Supply circuit for supplying a switch circuit
RU2566677C1 (ru) Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки
EP3245721A1 (en) Electrical conversion
SU1345297A1 (ru) Преобразователь переменного напр жени в посто нное
RU2588051C1 (ru) Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200221