RU2543507C1 - Device for charging accumulator battery of underwater facility - Google Patents
Device for charging accumulator battery of underwater facility Download PDFInfo
- Publication number
- RU2543507C1 RU2543507C1 RU2013139910/07A RU2013139910A RU2543507C1 RU 2543507 C1 RU2543507 C1 RU 2543507C1 RU 2013139910/07 A RU2013139910/07 A RU 2013139910/07A RU 2013139910 A RU2013139910 A RU 2013139910A RU 2543507 C1 RU2543507 C1 RU 2543507C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- rectifier
- control unit
- transformer
- charging current
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Rectifiers (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам с использованием полупроводниковых приборов для зарядки от судовой электроэнергетической системы переменного тока электрической аккумуляторной батареи, преимущественно установленной на подводном объекте.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to devices using semiconductor devices for charging from a ship electric power system an alternating current electric battery, mainly installed on an underwater object.
Известны устройства для зарядки аккумуляторной батареи от судовой сети переменного тока. Характерная модификация таких устройств, рассматриваемая в качестве аналога, содержит первый и второй мостовые выпрямители, сглаживающий реактор, конденсатор, однофазный трансформатор повышенной частоты и измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства [Анисимов Я.Ф., Васильев Е.П. Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей и судовых электроустановок. - Л.: Судостроение, 1990. - 264 с., аналог, стр.53]. Измерительный преобразователь зарядного тока включен между одним из выходных зажимов второго выпрямителя и одним из выходных зажимов устройства, второй выходной зажим второго выпрямителя через сглаживающий реактор подключен ко второму выходному зажиму устройства. Преобразователь выходного напряжения подключен параллельно обоим выходным зажимам устройства, к которым подключается заряжаемая аккумуляторная батарея. Входы первого мостового выпрямителя соединены с судовой электрической сетью, а к его выходу подключены зажимы конденсатора и входные силовые зажимы однофазного автономного инвертора напряжения повышенной частоты, к выходным зажимам которого подключена первичная обмотка трансформатора повышенной частоты. Вторичная обмотка этого трансформатора подключена к входным зажимам второго мостового выпрямителя. В устройстве выходы измерительных преобразователей зарядного тока и выходного напряжения подключены к управляющим входам блока управления автономным инвертором. Регулирование зарядного тока производится с помощью широтного регулирования прямоугольных импульсов, из которых составлено выходное напряжения инвертора и, следовательно, выходное напряжения второго мостового выпрямителя.Known devices for charging a battery from a marine AC network. A characteristic modification of such devices, considered as an analogue, contains the first and second bridge rectifiers, a smoothing reactor, a capacitor, a single-phase transformer of high frequency and measuring converters of the charging current and output voltage of the device [Anisimov Y. F., Vasiliev EP Electromagnetic compatibility of semiconductor converters and marine electrical installations. - L .: Shipbuilding, 1990. - 264 p., Analogue, p. 53]. A charge current measuring transducer is connected between one of the output terminals of the second rectifier and one of the output terminals of the device, the second output terminal of the second rectifier is connected to the second output terminal of the device through a smoothing reactor. The output voltage converter is connected in parallel to both output terminals of the device to which a rechargeable battery is connected. The inputs of the first bridge rectifier are connected to the ship's electrical network, and the capacitor clamps and the input power terminals of a single-phase autonomous high-frequency voltage inverter are connected to its output, the primary winding of the high-frequency transformer is connected to its output terminals. The secondary winding of this transformer is connected to the input terminals of the second bridge rectifier. In the device, the outputs of the measuring transducers of the charging current and output voltage are connected to the control inputs of the control unit of the autonomous inverter. The charging current is regulated by the latitudinal regulation of rectangular pulses, of which the output voltage of the inverter and, therefore, the output voltage of the second bridge rectifier are composed.
Недостатки этого устройства следующие. Подключение устройства к питающей судовой сети сопровождается броском зарядного тока конденсатора, включенного на выходе первого мостового выпрямителя. Это явление приводит к провалам напряжения в сети, а также перегружает диоды указанного выпрямителя, что может вывести их из строя. Кроме этого, применение такого устройства для зарядки аккумуляторных батарей подводного объекта связано с необходимостью подъема последнего из воды и выполнению определенной последовательности операций для коммутаций цепей заряда.The disadvantages of this device are as follows. Connecting the device to the supply network of the ship is accompanied by a surge in the charging current of the capacitor included in the output of the first bridge rectifier. This phenomenon leads to voltage dips in the network, and also overloads the diodes of the specified rectifier, which can disable them. In addition, the use of such a device for charging rechargeable batteries of an underwater object is associated with the need to lift the latter out of the water and perform a certain sequence of operations for switching charge circuits.
Известно также устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта от судовой сети переменного тока, наиболее близкое по технической сущности к заявляемому устройству (прототип) [Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта. Патент РФ 2401496. Авт. Кувшинов Г.Е., Копылов В.В., Наумов Л.А., Филоженко А.Ю., Усольцев В.К. Опубл. 10.10.2010].Also known is a device for charging a rechargeable battery of an underwater object from a marine alternating current network, the closest in technical essence to the claimed device (prototype) [Device for charging a rechargeable battery of an underwater object. RF patent 2401496. Auth. Kuvshinov G.E., Kopylov V.V., Naumov L.A., Filozhenko A.Yu., Usoltsev V.K. Publ. 10/10/2010].
Известное устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта от расположенной на судне судовой сети переменного тока состоит из трех конструктивных блоков. В первый конструктивный блок, расположенный на судне, помещен управляемый выпрямитель напряжения, входные клеммы которого соединены с судовой электрической сетью, а выходные - с входными клеммами однофазного автономного инвертора напряжения повышенной частоты, к которым подключен также конденсатор. Управляющий вход инвертора соединен с выходом блока управления инвертором, а выходные зажимы инвертора подключены к зажимам первичной обмотки трансформатора повышенной частоты. Перечисленные узлы, т.е. однофазный автономный инвертор, блок управления инвертором, конденсатор и первичная обмотка трансформатора повышенной частоты размещены во втором конструктивном блоке, который имеет герметичный корпус и может быть опущен на глубину, на которой находится подводный объект, содержащий третий конструктивный блок. В третьем конструктивном блоке находятся вторичная обмотка трансформатора повышенной частоты, второй выпрямитель, сглаживающий реактор, блок управления зарядным током, а также измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения, выходы которых соединены с входами блока управления зарядным током. Выходные зажимы вторичной обмотки трансформатора повышенной частоты подключены к входным зажимам второго выпрямителя. Входные зажимы измерительного преобразователя зарядного тока включены между первым выходным зажимом второго выпрямителя и первым из выходных зажимов устройства. Второй выходной зажим второго выпрямителя подключен ко второму выходному зажиму устройства через сглаживающий реактор. К выходным зажимам устройства подключена аккумуляторная батарея, а также входные клеммы измерительного преобразователя выходного напряжения. При совмещении стыковочных поверхностей первичной и вторичной обмоток трансформатора повышенной частоты происходит передача электрической энергии за счет магнитной связи между этими обмотками. Эффективность передачи энергии будет тем больше, чем меньше расстояние между стыковочными поверхностями и чем точнее совпадают оси обмоток.A known device for charging a rechargeable battery of an underwater object from a ship's AC alternating current network consists of three structural units. The first structural unit located on the vessel contains a controlled voltage rectifier, the input terminals of which are connected to the ship's electrical network, and the output terminals to the input terminals of a single-phase autonomous high-frequency voltage inverter, which is also connected to a capacitor. The control input of the inverter is connected to the output of the inverter control unit, and the output terminals of the inverter are connected to the terminals of the primary winding of the high frequency transformer. The listed nodes, i.e. a single-phase autonomous inverter, an inverter control unit, a capacitor and a primary winding of a high-frequency transformer are located in the second structural unit, which has a sealed enclosure and can be lowered to the depth at which the underwater object containing the third structural unit is located. In the third structural block are the secondary winding of the transformer of increased frequency, a second rectifier, a smoothing reactor, a charging current control unit, as well as measuring transformers of the charging current and output voltage, the outputs of which are connected to the inputs of the charging current control unit. The output terminals of the secondary winding of the high frequency transformer are connected to the input terminals of the second rectifier. The input terminals of the charge current transducer are connected between the first output terminal of the second rectifier and the first of the output terminals of the device. The second output terminal of the second rectifier is connected to the second output terminal of the device through a smoothing reactor. A battery is connected to the output terminals of the device, as well as the input terminals of the output voltage measuring transducer. When combining the connecting surfaces of the primary and secondary windings of a high frequency transformer, electric energy is transferred due to magnetic coupling between these windings. The energy transfer efficiency will be greater, the smaller the distance between the connecting surfaces and the more precisely the axis of the windings match.
Регулирование зарядного тока обеспечивается каналом беспроводной обратной связи. Этот канал образован передатчиком, расположенным в третьем конструктивном блоке, и приемником, который размещен во втором конструктивном блоке. Вход передатчика соединен с выходом блока управления зарядным током, а выход приемника подключен на вход блока управления автономным инвертором. Информация от передатчика к приемнику передается с помощью какого-либо поля - электромагнитного или ультразвукового.Charging current control is provided by a wireless feedback channel. This channel is formed by a transmitter located in the third structural unit, and a receiver, which is located in the second structural unit. The input of the transmitter is connected to the output of the charging current control unit, and the output of the receiver is connected to the input of the control unit of an autonomous inverter. Information is transmitted from the transmitter to the receiver using any field - electromagnetic or ultrasonic.
Известное устройство имеет следующие недостатки. Для заряда аккумуляторной батареи подводного объекта, расположенного на глубине, должна выполняться дистанционная стыковка второго и третьего конструктивных блоков, необходимая для осуществления процесса заряда, при этом возможно неточное совмещение стыковочных поверхностей первичной и вторичной обмоток трансформатора повышенной частоты. При поддержании неизменного значения тока зарядки аккумуляторной батареи увеличение расстояния между обмотками трансформатора или смещение осей обмоток друг относительно друга приведет к увеличению намагничивающего тока первичной обмотки и соответственно к увеличению выходного тока автономного инвертора. Это приведет к повышенной токовой нагрузке на силовые ключи инвертора и на провод первичной обмотки трансформатора соответственно к увеличенному нагреву этих элементов, что снизит надежность работы устройства и может вызвать выход его из строя.The known device has the following disadvantages. To charge a rechargeable battery of an underwater object located at a depth, remote docking of the second and third structural units must be performed, which is necessary for the charging process, and it is possible that the mating surfaces of the primary and secondary windings of the transformer of increased frequency are inaccurate. While maintaining a constant value of the charging current of the battery, increasing the distance between the transformer windings or shifting the axis of the windings relative to each other will increase the magnetizing current of the primary winding and, accordingly, increase the output current of the autonomous inverter. This will lead to an increased current load on the power switches of the inverter and on the wire of the primary winding of the transformer, respectively, to increased heating of these elements, which will reduce the reliability of the device and may cause its failure.
Второй недостаток устройства связан с использованием беспроводного канала обратной связи для обеспечения регулирования зарядного тока аккумуляторной батареи. Антенные элементы приемника и передатчика приводятся в согласованное положение с минимальным расстоянием между ними только в процессе зарядки батареи. Остальное время функционирования подводного объекта происходит при разобщении второго и третьего конструктивных блоков. Нахождение их под водой обычно сопровождается осаждением на них морских организмов. При переходе к очередному процессу зарядки батареи инородные вещества, находящиеся на пути передачи информации между передатчиком и приемником, могут нарушить качество связи, что приведет к сбоям в регулировании зарядного тока. Это обстоятельство также снижает надежность работы устройства.The second disadvantage of the device is the use of a wireless feedback channel to provide regulation of the charging current of the battery. The antenna elements of the receiver and transmitter are brought into a coordinated position with a minimum distance between them only during battery charging. The rest of the time the functioning of the underwater object occurs when the second and third structural units are disconnected. Finding them under water is usually accompanied by the deposition of marine organisms on them. During the transition to the next process of charging the battery, foreign substances located on the information transfer path between the transmitter and the receiver may interfere with the quality of communication, which will lead to interruptions in the regulation of the charging current. This fact also reduces the reliability of the device.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности работы устройства для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта от судовой сети переменного тока.The problem to which the invention is directed, is to increase the reliability of the device for charging the battery of an underwater object from a marine alternating current network.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта, содержащее первый управляемый и второй неуправляемый выпрямители, сглаживающий реактор, конденсатор, однофазный автономный инвертор повышенной частоты с блоком управления этим инвертором, отдельно выполненные первичную и вторичную обмотки трансформатора повышенной частоты, блок управления зарядным током, измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства, выходы которых подключены на входы блока управления зарядным током, причем первый входной зажим измерительного преобразователя зарядного тока подключен к первому из двух выходных зажимов устройства, к которым подключены заряжаемая аккумуляторная батарея и входные зажимы измерительного преобразователя выходного напряжения устройства, второй выходной зажим устройства подсоединен к клемме сглаживающего реактора, входы первого выпрямителя соединены с судовой электрической сетью, а выходные зажимы этого выпрямителя соединены с зажимами конденсатора и входными силовыми зажимами автономного инвертора напряжения повышенной частоты, к выходным зажимам которого подключена первичная обмотка трансформатора повышенной частоты, а вторичная обмотка этого трансформатора подключена к входным зажимам второго выпрямителя, причем элементы устройства размещены в трех конструктивных блоках, где в первом конструктивном блоке, устанавливаемом на судне, находится управляемый выпрямитель напряжения, во втором конструктивном блоке, выполненным с возможностью погружения под воду, помещены конденсатор, однофазный автономный инвертор напряжения повышенной частоты с блоком управления инвертором и первичная обмотка трансформатора повышенной частоты, в третьем конструктивном блоке, устанавливаемом на подводном объекте, расположены вторичная обмотка трансформатора повышенной частоты, второй выпрямитель, сглаживающий реактор, измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства, а также блок управления зарядным током, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены регулятор тока заряда, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления зарядным током, второй конденсатор, подключенный к входным зажимам регулятора тока заряда, первый и второй измерительные преобразователи температуры, входы которых связаны с тепловыделяющими элементами автономного инвертора и проводом первичной обмотки трансформатора повышенной частоты соответственно, а выходы измерительных преобразователей температуры соединены с входами блока управления автономным инвертором, выход второго выпрямителя соединен с входными зажимами регулятора тока заряда, первый выходной зажим регулятора тока заряда подключен ко второму входному зажиму измерительного преобразователя зарядного тока, а второй выходной зажим регулятора тока заряда подсоединен ко второй клемме сглаживающего реактора, причем первый и второй измерительные преобразователи температуры размещены во втором конструктивном блоке, а регулятор тока заряда и второй конденсатор размещены в третьем конструктивном блоке.This object is achieved in that in a device for charging a rechargeable battery of an underwater object containing the first controlled and second uncontrolled rectifiers, a smoothing reactor, a capacitor, a single-phase autonomous inverter of high frequency with a control unit for this inverter, separately made primary and secondary windings of a transformer of high frequency, block charge current control, measuring converters of the charging current and the output voltage of the device, the outputs of which are connected to the inputs of the unit and charging current control, wherein the first input terminal of the charging current transducer is connected to the first of two output terminals of the device to which the rechargeable battery and the input terminals of the device output voltage measuring transducer are connected, the second output terminal of the device is connected to the terminal of the smoothing reactor, the inputs of the first rectifier connected to the ship's electrical network, and the output terminals of this rectifier are connected to the capacitor terminals and input power clamps by the amplifiers of an autonomous high-frequency voltage inverter, to the output terminals of which the primary winding of the high-frequency transformer is connected, and the secondary winding of this transformer is connected to the input terminals of the second rectifier, the device elements are located in three structural units, where in the first structural unit installed on the vessel controlled rectifier, in the second structural unit, made with the possibility of immersion under water, placed a capacitor, single-phase auto a high frequency inverter with an inverter control unit and a high frequency transformer primary winding, in the third structural unit installed on an underwater object, there is a high frequency transformer secondary winding, a second rectifier, a smoothing reactor, measuring transducers of the charging current and output voltage of the device, as well charge current control unit, characterized in that a charge current regulator is added to the device, the control input of which it is single with the output of the charging current control unit, the second capacitor connected to the input terminals of the charge current regulator, the first and second temperature measuring transducers, the inputs of which are connected to the fuel elements of the autonomous inverter and the primary wire of the transformer of increased frequency, respectively, and the outputs of the temperature measuring transducers are connected to the inputs of the control unit autonomous inverter, the output of the second rectifier is connected to the input terminals of the charge current regulator, the first the output terminal of the charge current regulator is connected to the second input terminal of the charge current measuring transducer, and the second output terminal of the charge current regulator is connected to the second terminal of the smoothing reactor, the first and second temperature measuring transducers are located in the second structural unit, and the charge current regulator and the second capacitor are placed in the third structural unit.
Выполнение функциональной задачи - «повышение надежности устройства для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта от судовой сети переменного тока» обеспечивается следующими отличительными признаками предлагаемого решения.The implementation of the functional task - "improving the reliability of the device for charging the battery of the underwater object from the ship's AC network" is provided by the following distinctive features of the proposed solution.
Первый признак - «…в устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта…введены регулятор тока заряда, второй конденсатор, подключенный к его входным зажимам, …выход второго выпрямителя соединен с входными зажимами регулятора тока заряда, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления зарядным током, первый выходной зажим регулятора тока заряда подключен ко второму входному зажиму измерительного преобразователя зарядного тока, а второй выходной зажим регулятора тока заряда подсоединен ко второй клемме сглаживающего реактора …. в третий конструктивный блок, устанавливаемый на подводном объекте, помещены … регулятор тока заряда и второй конденсатор» - обеспечивает выполнение процесс регулирования зарядного тока с заданным качеством, поскольку обратные связи по току зарядки и по выходному напряжению устройства используются в виде непосредственных электрических связей, воздействующих через блок управления зарядным током на регулятор тока заряда, что исключает нарушения достоверности передачи информации о значениях этих сигналов.The first sign is “... in the device for charging the battery of an underwater object ... a charge current regulator is introduced, a second capacitor connected to its input terminals, ... the output of the second rectifier is connected to the input terminals of the charge current regulator, the control input of which is connected to the output of the charging current control unit , the first output terminal of the charge current regulator is connected to the second input terminal of the charge current measuring transducer, and the second output terminal of the charge current regulator is connected to the second terminal smoothing reactor .... ... the charge current regulator and the second capacitor "are placed in the third structural unit installed on the underwater object - it ensures the process of regulating the charging current with a given quality, since feedbacks on the charging current and on the output voltage of the device are used in the form of direct electrical connections acting through the charge current control unit to the charge current controller, which eliminates the violation of the reliability of the transmission of information about the values of these signals.
Второй признак - «…в устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта … введены … первый и второй измерительные преобразователи температуры, входы которых связаны с тепловыделяющими элементами автономного инвертора и проводом первичной обмотки трансформатора повышенной частоты соответственно, а выходы измерительных преобразователей соединены с входами блока управления автономным инвертором …, причем первый и второй измерительные преобразователи температуры размещены во втором конструктивном блоке, выполненном с возможностью погружения под воду» - обеспечивает ограничение температуры нагрева силовых ключей автономного инвертора и провода, первичной обмотки трансформатора повышенной частоты допустимым значением за счет уменьшения скважности выходных импульсов автономного инвертора и, следовательно, уменьшения тока в его выходной цепи, что приводит к повышению надежности работы устройства.The second sign is "... in the device for charging the battery of the underwater object ... introduced ... the first and second temperature measuring transducers, the inputs of which are connected to the fuel elements of the autonomous inverter and the primary winding wire of the high frequency transformer, respectively, and the outputs of the measuring transducers are connected to the inputs of the autonomous control unit inverter ... and the first and second temperature measuring transducers are located in the second structural unit, made with the possibility of immersion in water ”- provides a limitation of the heating temperature of the power switches of the autonomous inverter and the wire, the primary winding of the transformer of increased frequency to an acceptable value by reducing the duty cycle of the output pulses of the autonomous inverter and, therefore, reducing the current in its output circuit, which leads to increased reliability devices.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в следующем. Отличительные признаки предлагаемого решения обеспечивают надежную работу устройства в процессе зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта с ограничением тепловых нагрузок критичных элементов устройства допустимыми значениями. Кроме того, отличительные признаки увеличивают достоверность передачи информации на входы блока управления зарядным током о фактических значениях регулируемых величин, что повышает качество и надежность регулирования.The technical result that is achieved when solving the problem is expressed in the following. Distinctive features of the proposed solution ensure reliable operation of the device in the process of charging the battery of an underwater object with limited thermal loads of critical elements of the device to acceptable values. In addition, the distinguishing features increase the reliability of information transfer to the inputs of the charging current control unit about the actual values of the regulated values, which increases the quality and reliability of regulation.
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. Следовательно, заявленное изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем и пригодно для использования.Based on the foregoing, we can conclude that the set of essential features of the claimed invention has a causal relationship with the achieved technical result, i.e. due to this combination of essential features of the invention, it became possible to solve the problem. Therefore, the claimed invention is new, has an inventive step and is suitable for use.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена функциональная схема устройства для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта; на фиг.2 приведены внешние характеристики UЗАР (IЗАР) канала бесконтактной передачи электроэнергии.The invention is illustrated in the drawing, where figure 1 shows a functional diagram of a device for charging the battery of an underwater object; figure 2 shows the external characteristics of the U ZAR (I ZAR ) channel non-contact transmission of electricity.
Устройство для зарядки аккумуляторной батареи 1 подводного объекта 2 от расположенной на судне 3 судовой сети 4 переменного тока состоит из первого 5, второго 6 и третьего 7 конструктивных блоков и кабеля 8, соединяющего блоки 5 и 6. Первый конструктивный блок 5 расположен на судне 3. Второй конструктивный блок 6 помещен в герметичный корпус и может быть опущен на глубину, на которой находится подводный объект 2, содержащий третий конструктивный блок 7. В первом конструктивном блоке 5. размещен управляемый выпрямитель 9 напряжения, входные зажимы 10 которого соединены с судовой электрической сетью 4, а выходные зажимы 11 выпрямителя 9 подключены к входным зажимам 12 однофазного автономного инвертора 13 напряжения повышенной частоты. Инвертор 13 вместе с конденсатором 14, подключенным к зажимам 12, размещен во втором конструктивном блоке 6. Выходные зажимы инвертора 13 подключены к зажимам 15 первичной обмотки 16 трансформатора повышенной частоты. Первичная обмотка 16 трансформатора повышенной частоты находится во втором конструктивном блоке 6, а вторичная обмотка 17 трансформатора повышенной частоты - в третьем конструктивном блоке 7. Когда контактирующие поверхности первичной 16 и вторичной 17 обмоток трансформатора повышенной частоты находятся на малом расстоянии друг от друга, а расстояние между осями этих обмоток также достаточно мало, через трансформатор выполняется передача электрической энергии за счет электромагнитной связи между обмотками. При этом эффективность передачи будет тем больше, чем точнее позиционируются обмотки между собой. Выходные зажимы 18 вторичной обмотки 17 через выпрямитель 19 и второй конденсатор 20 подключены к входу регулятора 21 зарядного тока, который вместе со сглаживающим реактором 22, измерительными преобразователями 23 зарядного тока и 24 выходного напряжения устройства и блоком 25 управления зарядным током помещен в третий конструктивный блок 7. Входные зажимы измерительного преобразователя 23 зарядного тока включены между первым выходным зажимом 26 регулятора 21 зарядного тока и первым 27 из выходных зажимов устройства. Второй выходной зажим 28 регулятора 21 зарядного тока подключен ко второму выходному зажиму 29 устройства через сглаживающий реактор 22. Между выходными зажимами 27 и 29 устройства подключена аккумуляторная батарея 1, расположенная на подводном объекте 2. Выходы измерительных преобразователей 23 зарядного тока и 24 выходного напряжения устройства подключены к входам блока 25 управления зарядным током, выход которого соединен с управляющим входом регулятора 21 зарядного тока. Входы первого 30 и второго 31 измерительных преобразователей температуры связаны с тепловыделяющими элементами автономного инвертора 13 и первичной обмотки 16 трансформатора повышенной частоты соответственно, а их выходы подключены на первый и второй входы блока 32 управления автономным инвертором. Выход блока 32 соединен с управляющим входом автономного инвертора 13.The device for charging the battery 1 of the
Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта работает следующим образом.A device for charging the battery of an underwater object operates as follows.
Перед началом процесса зарядки контактирующие поверхности первичной 16 и вторичной 17 обмоток трансформатора повышенной частоты должны быть приведены в соприкосновение по возможности с минимальным зазором и минимальным смещением осей обмоток друг относительно друга. При подключении управляемого выпрямителя 9 к судовой сети 4 переменного тока, например, с помощью находящегося в распределительном щите этой сети автоматического выключателя максимальная скорость изменения среднего значения выпрямленного напряжения на выходе управляемого выпрямителя 9 ограничена, заданное ограничение указанной скорости обеспечивается алгоритмом работы входящего в его состав устройства управления. Заряд конденсатора 14 при этом выполняется с ограничением зарядного тока на допустимом уровне. Напряжение на конденсаторе 14 является напряжением питания автономного инвертора 13. Автономный инвертор 13 работает в автогенераторном режиме, параметры которого определяются блоком управления 32. Переменное напряжение с выхода автономного инвертора 13 через зажимы 15 поступает на первичную обмотку 16 трансформатора повышенной частоты, что приводит к возникновению процесса передачи электрической энергии в третий конструктивный блок 7. Скважность импульсов управления автономным инвертором 13 с выхода блока 32 близка к единице (из полного интервала управления 180 электрических градусов исключается некоторая малая величина «мертвого времени»), при этом эффективность передачи энергии равна максимально возможной для конкретного взаимного расположения первичной и вторичной обмоток трансформатора повышенной частоты. Напряжение вторичной обмотки 17 трансформатора повышенной частоты через зажимы 18 и далее через выпрямитель 19 и второй конденсатор 20 поступает на вход регулятора 21 зарядного тока. Выбранное соотношение между витками первичной 16 и вторичной 17 обмоток должно обеспечивать определенную амплитуду напряжения на вторичной обмотке 17 и соответственно практически такую же величину максимального напряжения на выходе регулятора 21 зарядного тока, которое необходимо иметь для полного заряда аккумуляторной батареи 1.Before starting the charging process, the contacting surfaces of the primary 16 and secondary 17 windings of the high frequency transformer should be brought into contact with the minimum clearance and minimum offset of the axes of the windings relative to each other. When connecting a controlled rectifier 9 to the ship’s AC network 4, for example, using a circuit breaker located in the distribution panel of this network, the maximum rate of change of the average value of the rectified voltage at the output of the controlled rectifier 9 is limited, a specified speed limit is provided by the operation algorithm of the device included in it management. The charge of the capacitor 14 is performed with the limitation of the charging current to an acceptable level. The voltage on the capacitor 14 is the supply voltage of the autonomous inverter 13. The autonomous inverter 13 operates in the self-generating mode, the parameters of which are determined by the control unit 32. The alternating voltage from the output of the autonomous inverter 13 through the terminals 15 is supplied to the primary winding 16 of the high frequency transformer, which leads to the occurrence of a process transmission of electrical energy to the third structural unit 7. The duty cycle of the control pulses of the autonomous inverter 13 from the output of block 32 is close to unity (from the full the control interval of 180 electrical degrees, some small amount of "dead time" is excluded), while the efficiency of energy transfer is equal to the maximum possible for a specific mutual arrangement of the primary and secondary windings of the transformer of increased frequency. The voltage of the secondary winding 17 of the transformer of high frequency through the clamps 18 and then through the rectifier 19 and the second capacitor 20 is supplied to the input of the controller 21 of the charging current. The selected ratio between the turns of the primary 16 and secondary 17 windings should provide a certain amplitude of the voltage on the secondary winding 17 and, accordingly, almost the same value of the maximum voltage at the output of the charge current controller 21, which is necessary to fully charge the battery 1.
Регулятор 21 зарядного тока выполняет необходимое регулирование за счет широтно-импульсной модуляции напряжения на своем выходе (зажимы 26, 28) с использованием сигналов обратных связей по току заряда аккумуляторной батареи (сигнал с выхода измерительного преобразователя 23) и по выходному напряжению устройства (сигнал с выхода измерительного преобразователя 24). Реактор 22 сглаживает пульсации тока заряда аккумуляторной батареи до допустимого уровня.The charging current controller 21 performs the necessary regulation due to pulse-width modulation of the voltage at its output (terminals 26, 28) using feedback signals on the charge current of the battery (signal from the output of the measuring transducer 23) and the output voltage of the device (signal from the output transmitter 24). The reactor 22 smoothes the ripple of the charge current of the battery to an acceptable level.
Алгоритм работы блока 25 управления зарядным током обеспечивает заряд аккумуляторной батареи 1 в соответствии с требованиями, предъявляемыми к этому процессу применительно к конкретному типу батареи. Например, для заряда литий-ионных аккумуляторных батарей заряд должен выполняться в два этапа. Первый этап - поддержание постоянства зарядного тока. Когда напряжение батареи, увеличивающееся по мере заряда, достигает заданного номинального значения, процесс заряда переходит на второй этап. На этом этапе регулятор 21 тока заряда поддерживает неизменным заданное номинальное значение напряжения аккумуляторной батареи при уменьшающемся зарядном токе с последующим отключением процесса заряда при падении тока заряда до определенного минимального значения (например, 15% от номинального тока).The operation algorithm of the charging current control unit 25 ensures that the battery 1 is charged in accordance with the requirements for this process with respect to a specific type of battery. For example, to charge lithium-ion batteries, the charge must be performed in two stages. The first stage is maintaining a constant charging current. When the battery voltage, increasing as the charge reaches a predetermined nominal value, the charging process proceeds to the second stage. At this stage, the charge current controller 21 maintains a predetermined nominal voltage value of the battery with a decreasing charging current, followed by a shutdown of the charging process when the charge current drops to a certain minimum value (for example, 15% of the rated current).
Указанный процесс обеспечивается работой взаимосвязанных компонентов третьего конструктивного блока 7, представляющих собой локальную замкнутую систему автоматического регулирования с обратными связями по току заряда и по выходному напряжению устройства.This process is ensured by the operation of interconnected components of the third structural unit 7, which is a local closed system of automatic control with feedback on the charge current and the output voltage of the device.
Выходной ток автономного инвертора 13 и, следовательно, ток первичной обмотки 16 трансформатора повышенной частоты можно представить геометрической суммой двух составляющих - реактивной и активной. Активная составляющая тока определяется активными потерями в трансформаторе и током нагрузки вторичной обмотки 17, который является также активным. Реактивная составляющая выходного тока инвертора представляет собой ток намагничивания трансформатора и определяется коэффициентом магнитной связи между обмотками 16 и 17, который, в свою очередь, определяет эффективность передачи энергии через трансформатор. При прочих равных условиях, ток намагничивания будет тем больше, чем меньше коэффициент магнитной связи. Уменьшение последнего будет происходить при неточном совмещении контактирующих поверхностей первичной 16 и вторичной 17 обмоток трансформатора. Сопутствующее этому фактору увеличение тока намагничивания трансформатора приведет к повышенному нагреву силовых элементов автономного инвертора 13, что снижает его надежность. Увеличение температуры провода первичной обмотки 16 может также вызвать нарушение изоляции и выход трансформатора из строя. Кроме этого, повышению тепловых нагрузок на инвертор и на трансформатор может также способствовать ухудшение условий их охлаждения, например повышение температуры забортной воды в месте расположения второго конструктивного блока 6, в состав которого входят эти устройства. Измерение температуры силовых коммутирующих элементов инвертора 13 и провода обмотки 16 выполняют измерительные преобразователи температуры 30 и 31, входы которых связаны с тепловыделяющими элементами автономного инвертора 13 и первичной обмотки 16 трансформатора повышенной частоты соответственно, а их выходы подключены на первый и второй входы блока 32 управления автономным инвертором. Алгоритм работы блока 32 обеспечивает изменение скважности γ импульсов управления автономным инвертором 13 таким образом, чтобы уменьшить ток инвертора и ограничить нагрев указанных тепловыделяющих элементов на допустимом уровне. При этом под скважностью γ здесь понимается отношение длительности импульса к периоду повторения. Поскольку при таком регулировании амплитуда импульсов на выходе вторичной обмотки 17 остается постоянной, а изменяется только их длительность, то при холостом ходе (при нулевом зарядном токе IЗАР) выпрямленное выпрямителем 19 и сглаженное вторым конденсатором 20 среднее значение напряжения UЗАР будет практически также неизменным. Иначе внешние характеристики UЗАР(IЗАР) канала бесконтактной передачи электроэнергии будут иметь вид, как показано на фиг.2, где кривая 1 соответствует максимальной скважности γ1 импульсов на выходе регулятора 21, а кривая 2 - уменьшенной скважности γ2<γ1. Среднее значение напряжения UЗАР является входным для коммутирующего элемента регулятора 21, выполняющего функцию импульсного регулирования тока заряда аккумуляторной батареи. Увеличение наклона внешних характеристик (фиг.2, кривая 2) при уменьшении скважности импульсов на выходе регулятора 21 может привести к уменьшению зарядного тока по отношению к номинальному значению I3AP.1=IНОМ, что увеличит время заряда. Но поскольку запас ΔU=UЗАР.0-UНОМ входного напряжения UЗАР регулятора 21 по отношению к номинальному UНОМ напряжению аккумуляторной батареи сохраняется, то и сохраняется возможность полного ее заряда при ограничении тепловых нагрузок на силовые элементы допустимым уровнем.The output current of the autonomous inverter 13 and, therefore, the current of the primary winding 16 of the high frequency transformer can be represented by the geometric sum of two components - reactive and active. The active component of the current is determined by the active losses in the transformer and the load current of the secondary winding 17, which is also active. The reactive component of the inverter output current is the magnetization current of the transformer and is determined by the magnetic coupling coefficient between the windings 16 and 17, which, in turn, determines the efficiency of energy transfer through the transformer. Ceteris paribus, the magnetization current will be the greater, the lower the coefficient of magnetic coupling. The reduction of the latter will occur when the contact surfaces of the primary 16 and secondary 17 of the transformer windings are inaccurate. Associated with this factor, an increase in the magnetization current of the transformer will lead to increased heating of the power elements of the autonomous inverter 13, which reduces its reliability. An increase in the temperature of the primary wire 16 may also cause insulation failure and transformer failure. In addition, the increase in thermal loads on the inverter and the transformer can also contribute to the deterioration of their cooling conditions, for example, an increase in the temperature of sea water at the location of the second structural unit 6, which includes these devices. The temperature measurement of the power switching elements of the inverter 13 and the wires of the winding 16 is performed by temperature measuring transducers 30 and 31, the inputs of which are connected to the fuel elements of the autonomous inverter 13 and the primary winding 16 of the high frequency transformer, respectively, and their outputs are connected to the first and second inputs of the autonomous control unit 32 inverter. The operation algorithm of block 32 provides a change in the duty cycle γ of the control pulses of the autonomous inverter 13 in such a way as to reduce the inverter current and limit the heating of these fuel elements to an acceptable level. Moreover, the duty cycle γ here refers to the ratio of the pulse duration to the repetition period. Since with such regulation, the amplitude of the pulses at the output of the secondary winding 17 remains constant, and only their duration changes, then at idle (at zero charging current I ZAR ), the average value of the voltage U ZAR rectified by the rectifier 19 and smoothed by the second capacitor 20 will be almost unchanged. Otherwise, the external characteristics of U ZAR (I ZAR ) of the contactless electric power transmission channel will have the form, as shown in FIG. 2, where curve 1 corresponds to the maximum duty cycle γ 1 of the pulses at the output of the controller 21, and
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013139910/07A RU2543507C1 (en) | 2013-08-27 | 2013-08-27 | Device for charging accumulator battery of underwater facility |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013139910/07A RU2543507C1 (en) | 2013-08-27 | 2013-08-27 | Device for charging accumulator battery of underwater facility |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013139910A RU2013139910A (en) | 2015-03-10 |
| RU2543507C1 true RU2543507C1 (en) | 2015-03-10 |
Family
ID=53279544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013139910/07A RU2543507C1 (en) | 2013-08-27 | 2013-08-27 | Device for charging accumulator battery of underwater facility |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2543507C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2603852C1 (en) * | 2015-08-19 | 2016-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Device for underwater object storage battery charging |
| RU2611068C1 (en) * | 2015-12-30 | 2017-02-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Autonomous unmanned underwater object storage battery charging device |
| RU2669198C1 (en) * | 2017-12-18 | 2018-10-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Autonomous underwater object storage battery charging device |
| RU2696018C1 (en) * | 2018-12-14 | 2019-07-30 | Константин Иванович Тюхтин | Method for recovery of accumulator battery |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5859524A (en) * | 1996-06-21 | 1999-01-12 | U.S. Philips Corporation | Power supply system for an apparatus with rechargeable batteries, and power supply unit and apparatus for such a power supply system |
| RU2167783C1 (en) * | 1999-12-16 | 2001-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" | Submarine electric power system with electrochemical generator |
| RU2401496C1 (en) * | 2009-06-25 | 2010-10-10 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИПМТ ДВО РАН) | Device for charging accumulator battery of underwater facility |
-
2013
- 2013-08-27 RU RU2013139910/07A patent/RU2543507C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5859524A (en) * | 1996-06-21 | 1999-01-12 | U.S. Philips Corporation | Power supply system for an apparatus with rechargeable batteries, and power supply unit and apparatus for such a power supply system |
| RU2167783C1 (en) * | 1999-12-16 | 2001-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" | Submarine electric power system with electrochemical generator |
| RU2401496C1 (en) * | 2009-06-25 | 2010-10-10 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИПМТ ДВО РАН) | Device for charging accumulator battery of underwater facility |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2603852C1 (en) * | 2015-08-19 | 2016-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Device for underwater object storage battery charging |
| RU2611068C1 (en) * | 2015-12-30 | 2017-02-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Autonomous unmanned underwater object storage battery charging device |
| RU2669198C1 (en) * | 2017-12-18 | 2018-10-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Autonomous underwater object storage battery charging device |
| RU2696018C1 (en) * | 2018-12-14 | 2019-07-30 | Константин Иванович Тюхтин | Method for recovery of accumulator battery |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013139910A (en) | 2015-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2401496C1 (en) | Device for charging accumulator battery of underwater facility | |
| Tan et al. | Design and performance of a bidirectional isolated DC–DC converter for a battery energy storage system | |
| Dutta et al. | A digital predictive current-mode controller for a single-phase high-frequency transformer-isolated dual-active bridge DC-to-DC converter | |
| Zhang et al. | DC-link and switched capacitor control for varying coupling conditions in inductive power transfer system for unmanned aerial vehicles | |
| Zhou et al. | Hybrid modulation for dual active bridge bi-directional converter with extended power range for ultracapacitor application | |
| RU2611068C1 (en) | Autonomous unmanned underwater object storage battery charging device | |
| US8553432B2 (en) | Power transmission method and power transmission apparatus | |
| RU2502170C1 (en) | Device for non-contact transfer of electric energy to underwater object (versions) | |
| US8004236B2 (en) | Contactless charging device and contactless charging method | |
| RU2543507C1 (en) | Device for charging accumulator battery of underwater facility | |
| US20150333642A1 (en) | High voltage direct current transmission system and controlling method thereof | |
| Karimi et al. | Evaluation of energy transfer efficiency for shore-to-ship fast charging systems | |
| CN108462396A (en) | The controllable high-voltage DC power supply of 35kV oscillatory wave systems | |
| CN210297566U (en) | A high-reliability and high-power case-based medium and high voltage DC power supply | |
| US20170012465A1 (en) | Ups circuit | |
| CN106026686A (en) | Power electronic transformer integrated with energy storage system | |
| Nam et al. | Novel unity-gain frequency tracking control of series–series resonant converter to improve efficiency and receiver positioning flexibility in wireless charging of portable electronics | |
| Büyük et al. | Analysis and modeling of wireless power transfer supported by quadratic boost converter interfaced fuel cell power source | |
| Qi et al. | Model predictive control for a bidirectional wireless power transfer system with maximum efficiency point tracking | |
| US11038373B2 (en) | Power transmission system including power transmitter apparatus, power receiver apparatus, or power transmitter and receiver apparatus easily attachable and detachable to/from transmission path | |
| Zhou et al. | Dynamic improvement of sub-resonant frequency control for inductive power transfer systems by coupling estimation and sending-side gain-scheduled control | |
| Zheng et al. | Design considerations of LLC resonant converter for contactless laptop charger | |
| US9106143B2 (en) | AC/DC converter with galvanic insulation and signal corrector | |
| RU2603852C1 (en) | Device for underwater object storage battery charging | |
| RU2602078C1 (en) | Device for underwater object storage battery charging |