СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ НА ДВА УРОВНЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания подвижных объектов, требующих два уровня напряжения при одном источнике питания.

Известны системы электропитания на два уровня напряжения, содержащие генератор переменного тока с регулятором напряжения и выпрямителем, и две последовательно соединенные аккумуляторные батареи, в которых основной уровень напряжения образуется выпрямлением напряжения генератора и поддерживается постоянным на основном аккумуляторе регулятором напряжения. Второй, нерегулируемый уровень напряжения на дополнительном аккумуляторе, формируется отдельным трансформатором и дополнительным выпрямителем [1] или только одним дополнительным выпрямителем [2].

Недостатком указанных систем является их низкая надежность вследствие малого срока службы аккумуляторной батареи второго уровня из-за ее перезаряда.

Система электропитания на два уровня напряжения, выбранная за прототип [3], содержит зарядную систему на 24 вольта с регулятором напряжения, к выходу которой подключены 24-вольтовая нагрузка, две последовательно соединенные аккумуляторные батареи и делитель напряжения. Система содержит полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения, входы которого подключены между выходом зарядной системы и средней точкой подключения аккумуляторных батарей, а к его выходу относительно общего "минуса" системы подключены 12-вольтовая нагрузка и средняя точка аккумуляторных батарей. Система содержит также пороговый регулятор с петлей гистерезиса в передаточной характеристике, первый вход которого подключен к делителю напряжения, второй вход - к средней точке аккумуляторных батарей, а выход - ко входу включения преобразователя напряжения.

Система позволяет регулировать напряжение на обеих аккумуляторных батареях при использовании имеющейся зарядной системы, однако обладает при этом следующими недостатками:

- в случае ее подключения выводами верхней аккумуляторной батарей 20 (см. схему) к 12-вольтовой зарядной системе, которой снабжены многие подвижные объекты, она не обеспечивает надежного регулирования уровней напряжения питания вследствие появления "плавающего" опорного напряжения;

- как правило, режим работы полупроводникового преобразователя на малое внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи близок к режиму короткого замыкания и "просадки" напряжения на аккумуляторной батарее при отсутствии устройства регулирования тока вызывают значительное увеличение тока через его силовые ключи;

- вследствие того, что система не имеет устройства минимизации разряда аккумуляторных батарей, при длительной стоянке подвижного объекта с неработающим двигателем, снижается надежность системы в целом.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности системы электропитания на два уровня напряжения при ее установке в подвижном объекте с 12 вольтовой зарядной системой.

Согласно предлагаемому изобретению решение поставленной задачи достигается тем, что в системе электропитания подвижных объектов на два уровня напряжения, содержащей зарядную систему в виде генератора переменного тока с регулятором напряжения и выпрямителем, две последовательно соединенные аккумуляторные батареи, полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения и пороговый регулятор, имеющий в передаточной характеристике петлю гистерезиса, вход которого подключен к делителю напряжения, a выход - к входу включения полупроводникового преобразователя:

- выход зарядной системы подключен к аккумуляторной батарее первого уровня и через первые контакты введенного управляемого коммутационного устройства, выполненного на контакторе, обмотка которого подключена к ключу "ЗАЖИГАНИЕ", - ко входу полупроводникового преобразователя, выход которого через вторые контакты коммутационного устройства подключен к аккумуляторной батарее второго уровня, при этом делитель напряжения через первые и вторые контакты коммутационного устройства подключен к аккумуляторной батарее второго уровня, а на входе полупроводникового преобразователя введена обратная связь по току потребления;

- пороговый регулятор запитан суммарным напряжением обеих аккумуляторных батарей и выполнен на компараторе с положительной обратной связью, инвертирующий вход которого через делитель напряжения и первые и вторые контакты коммутационного устройства подключен к аккумуляторной батарее второго уровня, неинвертирующий вход через резистор подключен к источнику опорного напряжения, а выход - ко входу включения полупроводникового преобразователя;

- обратная связь по току потребления полупроводникового преобразователя снабжена датчиком тока, подключенным в разрыв "минуса" питания преобразователя и общих выводов его силовых ключей, при этом сигнальный вывод датчика тока подсоединен к схеме управления преобразователем.

На чертеже представлена функциональная схема системы электропитания подвижных объектов на два уровня напряжения.

Система состоит из генератора 1 с обмоткой статора 2 и подключенного к ней выпрямителя 3, регулятора напряжения 4 и двух последовательно соединенных аккумуляторных батарей 5 и 6, средняя точка которых образует первый уровень напряжения и подключена с одной стороны к плюсовому выводу выпрямителя 3 и измерительному выводу регулятора напряжения 4, с другой стороны через первые контакты 23 управляемого коммутационного устройства 7 - ко входу полупроводникового преобразователя 8, выпрямитель 9 которого образует второй уровень напряжения и подключен через вторые контакты 24 коммутационного устройства 7 к плюсовому выводу аккумуляторной батареи второго уровня 5, к которой через те же контакты управляемого коммутационного устройства 7 подключен пороговый регулятор 10 с петлей гистерезиса в передаточной характеристике, выполненный на компараторе 11 с положительной обратной связью 12 и запитанный суммарным напряжением обеих аккумуляторных батарей, инвертирующий вход которого через делитель напряжения 13, 14 и коммутационное устройство 7 подключен к аккумуляторной батарее 5, а неинвертирующий вход через резистор 15 подключен к источнику опорного напряжения 16, выход компаратора 11 подключен ко входу включения 17 преобразователя 8 с обратной связью по току потребления на входе, имеющей датчик тока 19, подключенный в разрыв "минуса" питания преобразователя 8 и общих выводов его силовых ключей 18, при этом сигнальный вывод датчика тока 19 подключен к схеме управления 20 полупроводникового преобразователя 8.

Управляемое коммутационное устройство 7 выполнено на контакторе, обмотка 21 которого подключена к ключу "ЗАЖИГАНИЕ" 22 подвижного объекта.

Схема управления 20 полупроводникового преобразователя 8 с дистанционным включением и обратной связью по току потребления может быть выполнена на микросхеме управления импульсными источниками питания, например III4ЕУ3, которая осуществляет следующие функции управления:

- формирование опорного напряжения,

- усиление сигнала рассогласования,

- формирование пилообразного напряжения,

- широтно-импульсная модуляция,

- формирование двухтактного и однотактного выходов,

- защита от сквозных токов,

- усиление сигнала датчика тока или напряжения,

- управление включением-выключением,

- формирование частотной характеристики,

- обеспечение "мягкого" запуска.

Устройство работает следующим образом.

Коммутационное устройство 7 при выключенном ключе "ЗАЖИГАНИЕ" 22 минимизирует разряд аккумуляторных батарей 5, 6.

Замыканием ключа 22 запускается двигатель подвижного объекта и приводится во вращение ротор генератора 1, срабатывает коммутационное устройство 7 и запитываются преобразователь 8 и пороговый регулятор 10.

При работе генератора 1 напряжение его статорной обмотки 2 через выпрямитель 3 подается на плюсовой вывод аккумуляторной батареи 6, при этом регулятор напряжения 4 регулирует первый уровень напряжения на аккумуляторной батарее 6.

Одновременно преобразователь 8 через выпрямитель 9 образует второй уровень напряжения на аккумуляторной батарее 5, который контролируется пороговым регулятором 10. При срабатывании порогового регулятора 10 на его выходе образуется низкий уровень напряжения, который выключает преобразователь 8, понижается напряжение на аккумуляторной батарее 5 на величину I заряда×Rвнут. бат. и уровень опорного напряжения на неинвертирущем входе компаратора 11 посредством делителя напряжения 12, 15.

Таким образом, вводится гистерезис по напряжению на повторное включение преобразователя 8 при уменьшении напряжения на аккумуляторной батарее 5, что исключает неконтролируемые во времени пусковые процессы в преобразователе 8 и обеспечивает надежность его работы, при этом обеспечивается и регулирование напряжения второго уровня.

Обратная связь по току потребления преобразователя исключает перегрузки по току через его силовые ключи, что также повышает надежность его работы.

Таким образом, предложенное техническое решение при его использовании в подвижном объекте на базе имеющейся 12-вольтовой зарядной системы, обеспечивает высокую надежность системы за счет обеспечения регулирования напряжения второго уровня, исключения влияния составных частей системы на разряд аккумуляторных батарей при неработающем двигателе подвижного объекта, а также повышает надежность работы составных частей системы за счет:

- увеличения срока службы аккумуляторной батареи второго уровня,

- регулирования тока потребления полупроводникового преобразователя.

Источники информации

1. АС СССР №758384, МКл⁷ Н 02 J 7/17, 1980.

2. АС СССР №760304, МКл⁷ Н 02 J 7/14, 1980.

3. Патент США №3667025, МКл⁷ Н 02 J 7/14, 1972.