EA 016112B1 20120228 Номер и дата охранного документа EA200970989 20080424 Регистрационный номер и дата заявки HUP0700300 20070424 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок HU2008/000037 20080424 Номер международной заявки (PCT) WO2008/129335 20081030 Номер публикации международной заявки (PCT) EAB1 Код вида документа EAb21202 Номер бюллетеня [JPG] EAB1\00000016\112BS000#(105:71) Основной чертеж [RU] СХЕМА ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА, РАБОТАЮЩАЯ ОТ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ Название документа [8] H02J 7/02 Индексы МПК [HU] Фазакаш Андраш Сведения об авторах [HU] ФАЗАКАШ АНДРАШ (HU) Сведения о патентообладателях [HU] ФАЗАКАШ АНДРАШ (HU) Сведения о заявителях WO 01/06614 A J. DAVID IRWIN ET AL.: "THE INDUSTRIAL ELECTRONICS HANDBOOK", 1997, IEEE PRESS - CRC PRESS, BOCA RATON, FLORIDA, USA, XP002496744, ISBN: 0-8493-8343-9, Chapter 12.1 - AC/DC Converters, page 248 - page 249; figure 12.7 Цитируемые документы
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea000016112b*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

Предложена схема зарядного устройства для аккумуляторных батарей, работающая от трехфазной сети, содержащая трехфазный трансформатор с тремя вторичными обмотками и тремя параллельно соединенными парами последовательных диодов, причем средние соединительные линии каждой последовательной пары диодов соединены с соответствующими выводами связанной с ними одной из трех вторичных обмоток трансформатора. Схема зарядного устройства содержит три подобные схемы, причем каждая из них связана с соответствующей одной из трех фаз, и каждая из этих трех подобных схем содержит постоянно подключенный электролитический конденсатор (CR1, CS1, СТ1) и диод (DR, DS, DT) параллельно с конденсатором, причем один конец подобных схем соединен с другим выводом вторичной обмотки (S1, S2, S3) связанной с ней фазы, а другие концы подобных схем соединены между собой.


Формула

[0001] Схема зарядного устройства для аккумуляторных батарей, работающая от трехфазной сети, содержащая трехфазный трансформатор с тремя вторичными обмотками и тремя параллельно соединенными парами последовательных диодов, причем средние соединительные линии каждой последовательной пары диодов соединены с соответствующими выводами связанной с ними одной из трех вторичных обмоток трансформатора, отличающаяся тем, что содержит три подобные схемы, каждая из которых связана с соответствующей одной из трех фаз и содержит постоянно подключенный электролитический конденсатор (CR1, CS1, СТ1) и диод (DR, DS, DT) параллельно с конденсатором, причем один конец указанных подобных схем соединен с другим выводом вторичных обмоток (S1, S2, S3) связанной с ними фазы, а другие концы подобных схем соединены между собой.

[0002] Схема по п.1, отличающаяся тем, что каждая из подобных схем дополнительно содержит параллельно с постоянно подключенными конденсаторами (CR1, CS1, СТ1) по меньшей мере один дополнительный электролитический конденсатор (CR2, CS2, СТ2) и электронный ключ (KR, KS, KT) для подключения и отключения этого дополнительного электролитического конденсатора параллельно с постоянно подключенным электролитическим конденсатором, причем результирующая емкость в каждой из подобных схем, по существу, одинакова.

[0003] Схема по п.1, отличающаяся тем, что емкость каждого из указанных электролитических конденсаторов равна по меньшей мере 100 мкФ.

[0004] Схема по п.1, отличающаяся тем, что каждая из указанных вторичных обмоток (S1, S2, S3) указанного трехфазного трансформатора имеет множество точек ответвлений, соединенных с помощью соответствующих ключей (KSR, KSS, KST) с указанными парами диодов, причем ключи переключаются вместе.

[0005] Схема по п.1, отличающаяся тем, что трехфазный трансформатор содержит первичные обмотки (Р1, Р2, Р3), каждая из которых имеет множество точек ответвлений.


Полный текст патента

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к схеме зарядного устройства, работающей от трехфазной сети и содержащей трехфазный сетевой трансформатор с тремя вторичными обмотками и тремя параллельно соединенными парами последовательных диодов, причем средние соединительные линии каждой последовательной пары диодов соединены с соответствующими выводами связанной с ними одной из трех вторичных обмоток трансформатора.

Предшествующий уровень техники

Зарядка аккумуляторных батарей большой емкости в целом осуществляется путем использования доступного трехфазного сетевого источника, и на рынке доступны несколько типов трехфазных зарядных устройств для аккумуляторных батарей. Традиционно выводы фаз вторичной обмотки трехфазного трансформатора подключены к соответствующим мостовым выпрямителям, которые могут быть соединены в параллель на стороне постоянного тока, т.е. путем соединения их выводов постоянного тока, и полученное таким образом напряжение постоянного тока используется для питания традиционного зарядного устройства для аккумуляторных батарей, выполненного в соответствии с фактическими требованиями зарядки.

В международной публикации WO 01/06614 описана схема зарядного устройства для аккумуляторных батарей, в которой мгновенное зарядное напряжение равно векторной сумме напряжения заряженного электролитического конденсатора и находящейся под напряжением индуктивности, образованной предпочтительно вторичной обмоткой сетевого трансформатора. В данной схеме используются оба полупериода сетевого напряжения и обеспечивается характерная зарядка большим током благодаря тому, что одна составляющая выходного напряжения является напряжением заряженного конденсатора, обеспечивается гибкость процесса зарядки, так как возможное короткое замыкание аккумуляторной батареи, подлежащей зарядке, не может повредить работе схемы, а процесс зарядки в достаточной мере регулируется напряжением на выводах аккумуляторной батареи. На фиг. 6 этой международной публикации показаны три зарядные схемы, питаемые от соответствующих вторичных обмоток трех трансформаторов, причем одна из зарядных схем постоянно подключена, а две другие зарядные схемы могут быть подключены двумя парами совместно управляемых тиристоров. Задачей такой схемы является обеспечение регулирования зарядной мощности в соответствии с фактической потребностью в зарядной энергии.

Данная схема обладает несколькими преимуществами, но один ее недостаток заключается в том, что в таком виде схема не может работать от трехфазной сети. Требуемое трехфазное зарядное устройство может быть получено при использовании и питании трех схем зарядного устройства, выполненных в соответствии с фиг. 1 или 4 указанной публикации, от соответствующих фаз трехфазной сети и совместном подключении выводов постоянного тока зарядных устройств к аккумуляторной батарее. Однако в таких трехфазных зарядных устройствах для каждой фазы необходимо использовать соответствующие пары электролитических конденсаторов и пару диодов (при необходимости регулировки требуются дополнительные пары таких конденсаторов и соответствующее количество электронных ключей для подключения связанных с ними дополнительных конденсаторов). Из перечисленных элементов электролитические конденсаторы с большой емкостью имеют большой размер и стоимость, то же самое относится и к полупроводниковым ключам и диодам с большим прямым током. Из-за этого питание указанных однофазных зарядных устройств для аккумуляторных батарей от трёхфазной сети требует много места и больших затрат, хотя сама схема зарядного устройства имеет предпочтительные свойства.

Регулирование такой схемы зарядного устройства может быть реализовано путем изменения емкости применяемых конденсаторов. Ввиду наличия очень больших импульсов тока при работе добавление дополнительных конденсаторов может быть реализовано только путем использования конкретных типов полупроводниковых схем переключения, обеспечивающих лишь незначительное ограничение требуемых выбросов тока. Такая конкретная полупроводниковая схема переключения описана в международной публикации WO 2005/078888.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является создание схемы зарядного устройства для аккумуляторных батарей, обладающего предпочтительными основными свойствами указанного выше известного зарядного устройства, в соответствии с которой мгновенное зарядное напряжение равно векторной сумме напряжений конденсатора и индуктивности и которая одновременно может питаться от трехфазной сети и обеспечивает существенное уменьшение количества необходимых элементов по сравнению с количеством элементов в основной схеме зарядного устройства, умноженному на три.

Данная цель достигнута путем создания схемы зарядного устройства для аккумуляторных батарей, работающей от трехфазной сети, которая содержит трехфазный трансформатор с тремя вторичными обмотками и тремя параллельно соединенными парами последовательных диодов, причем средние соединительные линии каждой последовательной пары диодов соединены с соответствующими выводами связанной с ними одной из трех вторичных обмоток трансформатора. В соответствии с изобретением схема зарядного устройства содержит три подобные схемы, причем каждая из них связана с соответствующей одной из трех фаз, и каждая из этих трех подобных схем содержит постоянно подключенный электролитический конденсатор и диод параллельно с конденсатором, один конец подобных схем соединен с другим выводом вторичных обмоток связанной с ними фазы, а другие концы подобных схем соединены между собой.

В предпочтительном примере осуществления каждая из подобных схем дополнительно содержит параллельно с постоянно подключенным конденсатором по меньшей мере один дополнительный электролитический конденсатор и электронный ключ для подключения и отключения этого дополнительного электролитического конденсатора параллельно со связанным с ним постоянно подключенным электролитическим конденсатором, причем результирующая емкость в каждой из подобных схем, по существу, одинакова.

Предпочтительно емкость каждого электролитического конденсатора равна по меньшей мере 100 мкФ, но также может быть выбрана равной нескольким тысячам мкФ.

С точки зрения регулирования зарядной мощности предпочтительно, если каждая вторичная обмотка трехфазного трансформатора имеет множество точек ответвлений, соединенных с помощью соответствующих ключей со связанными с ними парами диодов, причем ключи переключаются вместе.

Одним из способов регулирования напряжения является использование трехфазного трансформатора, каждая из первичных обмоток которого содержит множество точек ответвлений.

Зарядная схема в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает оптимальные условия для зарядки аккумуляторных батарей с большой емкостью от доступной трехфазной сети и в то же время имеет меньший размер и меньшую себестоимость по сравнению с традиционными зарядными устройствами для аккумуляторных батарей, которые могут быть выбраны для подобной зарядки.

Краткий перечень фигур чертежей

Изобретение описано ниже с использованием предпочтительных примеров осуществления со ссылками на сопроводительные графические материалы. В графических материалах:

фиг. 1 представляет собой принципиальную схему предпочтительного примера осуществления зарядного устройства для аккумуляторных батарей в соответствии с изобретением и

фиг. 2 представляет собой упрощенные принципиальные схемы a, b и с, объясняющие работу.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Схема зарядного устройства для аккумуляторных батарей, показанная на фиг. 1, содержит трехфазный трансформатор с первичными обмотками Р1, Р2 и Р3 и вторичными обмотками S1, S2 и S3. Первичные обмотки Р1, Р2 и Р3 соединены в звезду и подключены к линиям Ph1, Ph2 и Ph3 фаз трехфазной сети. Для регулирования вторичного напряжения каждая вторичная обмотка S1, S2 и S3 имеет множество выводов ответвлений, подключенных к многополюсному переключателю K, причем полюсы имеют общий подвижный регулирующий элемент. Переключатель K содержит подвижные контакты KSR, KSS и KST, соответствующие трем линиям R, S и Т фаз сети. Подвижный контакт KSR, связанный с линией R фазы, соединен с общей соединительной линией последовательных диодов DR1 и DR2, подвижный контакт KSS подключен к общей линии последовательных диодов DS1 и DS2, и, наконец, подвижный контакт KST подключен к общей линии последовательных диодов DT1 и DT2. Соответствующие другие выводы трех пар диодов соединены друг с другом и подключены к выводам аккумуляторной батареи В, подлежащей зарядке.

Выводы вторичных обмоток S1, S2 и S3 трехфазного трансформатора, находящиеся на противоположном конце относительно конца, подключенного к переключателю K, соединены с соответствующей одной из трех подобных схем, каждая из которых содержит постоянно подключенный электролитический конденсатор с большой емкостью и множество дополнительных электролитических конденсаторов, которые могут быть подключены параллельно к постоянному конденсатору. В каждой схеме конденсаторы, которые могут быть подключены, обозначены одним конденсатором и последовательным ключом. Соответственно линия R фазы связана с постоянным конденсатором CR1 и конденсатором CR2, который может быть подключен и отключен ключом KR, и диодом DR. Линия S фазы связана с постоянным конденсатором CS1 и конденсатором CS2, который может быть подключен и отключен ключом KS, и диодом DS, и, наконец, линия Т фазы связана с постоянным конденсатором СТ1 и конденсатором СТ2, который может быть подключен и отключен ключом KT, и диодом DT. Постоянные конденсаторы также связаны с соответствующими ключами (не показаны) для ограничения нарастания тока, когда к системе впервые подается напряжение, а конденсаторы разряжены ограничивающими элементами, связанными с этими полупроводниковыми ключами.

Важно отметить, что ключи KR, KS и KT управляются одновременно для достижения соответствующей одинаковой емкости во всех трех схемах, и если емкость изменяется, она должна изменяться одновременно в трех фазах.

Эти управляемые ключи выполнены предпочтительно как в указанной выше международной публикации WO 2005/078888, каждый из них содержит последовательную индуктивность, которая ограничивает скорость начального нарастания тока. Выводы трех схем, противоположенные выводам, подключенным к вторичным обмоткам S1, S2 и S3, соединены между собой.

Для объяснения работы трехфазного зарядного устройства в соответствии с изобретением следует учесть, что в каждый зарядный период напряжение на аккумуляторной батарее В равно сумме прямого напряжения смещения открытого диода, мгновенного напряжения на связанной с ним вторичной обмотке и напряжения на подключенных конденсаторах. В двух мгновенно разомкнутых ветвях направление тока должно быть одинаковым, что обеспечивается подключением диодов, как показано на чертеже. Когда напряжение мгновенно активных ветвей превышает напряжение аккумуляторной батареи, энергия, накопленная в электролитическом конденсаторе и вторичной обмотке связанной с ним ветви, заряжает аккумуляторную батарею В, причем указанный баланс напряжений сохраняется постоянно. Условия зарядки выполняются три раза в каждом периоде сетевого напряжения, а длительность зарядки (угол отсечки) сильно зависит от напряжения на аккумуляторной батарее В, т.е. от состояния ее зарядки. Таким образом, схема в некоторой степени саморегулирующаяся, и длительность зарядки в полном периоде больше, когда напряжение на аккумуляторной батарее В имеет наименьшее значение, т.е. при максимальной потребности в зарядке. При увеличении напряжения аккумуляторной батареи (т.е. при увеличении количества накопленного заряда) длительность части периода активной зарядки уменьшается и процесс зарядки становится более медленным. На схемах a, b и с на фиг. 2 показаны направления напряжений и токов, преобладающие в активные периоды, а мгновенно активные элементы схемы обозначены жирными линиями. В каждую зарядную часть периода ток течет через индуктивность двух фаз и два электролитических конденсатора всегда передают (получают) энергию. В определенных случаях ток течет не через конденсатор, а через диод, соединенный параллельно с этим конденсатором, замыкающий цепь и предотвращающий возникновение напряжения обратной полярности на электролитическом конденсаторе.

В трехфазной схеме зарядного устройства количество электролитических конденсаторов, диодов и управляемых ключей равно лишь половине количества тех же элементов, требующихся в указанной выше традиционной схеме зарядного устройства.

Зарядная схема в соответствии с изобретением обеспечивает несколько способов изменения параметров зарядки. Постоянные конденсаторы CR1, CS1 и СТ1 имеют очень большую емкость в диапазоне 100-5000 мкФ, и дополнительные конденсаторы CR2, CS2 и СТ2 имеют такую же большую емкость. Путем увеличения емкости может быть увеличена энергия, используемая для зарядки аккумуляторной батареи В в каждом периоде. Длительность зарядных периодов может быть изменена путем изменения напряжений на вторичных обмотках S1, S2 и S3 с помощью одновременного переключения контактов KSR, KSS и KST. Зарядная мощность также может быть изменена путем регулирования возбуждения первичных обмоток Р1, P2 и Р3, которое может быть осуществлено несколькими способами. Простейшим способом регулирования возбуждения является ступенчатое изменение количества эффективных витков в первичных обмотках с помощью дополнительного переключателя и при наличии множества точек ответвлений в первичных обмотках, не показанных на чертеже.

Трехфазная зарядная схема в соответствии с изобретением имеет в дополнение к большой мощности сравнительно простое исполнение и обеспечивает оптимальные условия для зарядки аккумуляторной батареи В с большой емкостью. Особенным преимуществом является возможность регулирования зарядной мощности и сравнительно небольшой размер, ставший возможным благодаря уменьшенному количеству элементов и дополнительных компонентов большого размера.