RO116233B1 - Compensator de tensiune pentru sursele de curent continuu, autonome - Google Patents

Abstract

Inventia se refera la un compensator de tensiune pentru sursele de curent continuu, autonome, utilizate in momentul debitarii energiei spre consumatori, in regim de descarcare a sursei, compensatorul fiind constituit din trei sau mai multe etaje de compensare a tensiunii (I, II, III), inseriate cu o baterie de acumulatori (BA), fiecare etaj fiind compus din cate un bloc comparator de tensiune (C1,C2, C3), un bloc oscilator si de comanda (OC1, OC2, OC3), un bloc final de comutare (F1, F2, F3) si un bloc de transfer si separatie galvanica (TS1, TS2, TS3), etajele de compensare a tensiunii participand pasiv atat in timpul incarcarii, cat si in timpul descarcarii bateriei (BA), pana la scaderea tensiunii sub anumite praguri prestabilite,comparatoarele de tensiune (C1...C3) sesizand atingerea pragurilor si activand succesiv etajele de compensare a tensiunii (I...III) pentru intrarea lor in functiune, fiecare debitand cate o treapta de tensiune compensatorie (U1...U3) care se sumeaz a cu tensiunea efectiva scazuta a bateriei (BA), incat la bornele generale, tensiunea revine la valoarea nominala.

Description

Invenția se referă la un compensator de tensiune, pentru sursele de curent continuu, autonome, utilizat în circuitul surselor de curent continuu, în momentul debitării energiei la consumatorii arondați, în regim de descărcare a sursei.

Este cunoscut faptul că, în regim de descărcare a surselor autonome de curent continuu, constituite, de regulă, din baterii de acumulatori, tensiunea la bornele lor scade în timp, odată cu descărcarea lor. Pentru evitatea acestui fenomen, sursele se dimensionează la o astfel de capacitate electrică, încât consumatorii arondați să primească energia la parametri corespunzători. în situații neprevăzute, în care unul sau mai mulți elemenți ai bateriei au un grad mare de uzură, mai avansat decât ceilalți, de exemplu sulfatați, deși bateria de acumulatori are capacitate suficientă, ea nu poate realiza, la borne, o tensiune necesară pentru consumatori. întrucât bateriile de acumulatori sunt folosite, cu precădere, în instalațiile industriale ca sursă de energie de rezervă și siguranță, de exemplu instalațiile de stins incendii, instalațiile de alarmare, instalațiile de prevenire a exploziilor, în instalații electrice de forță, la radiorelee de retranslație, telefonie etc., în cazul unor situații extreme, livrarea energiei electrice la parametri normali este vitală, în caz contrar ajungându-se la deteriorarea de instalații, incendii, accidente tehnice și umane.

Este cunoscut un sistem de a menține, la bornele bateriei electrice, tensiunea constantă în regim de descărcare, care utilizează un convertor de curent continuu curent continuu alimentat de bateria de acumulatori, constituit dintr-un circuit oscilator formator de semnal alternativ, care alimentează primarul unui transformator, în secundarul căruia se induce o tensiune majorată după necesitate, care este apoi redresată, filtrată și furnizată la un nivel constant la ieșire consumatorilor arondați.

Acest sistem are dezavantajul unui consum propriu mare de energie electrică, suportat de bateria de acumulatori care are o capacitate electrică limitată; orice defecțiune în circuitele sistemului duce la ieșirea lui din funcțiune și la apariția unor situații critice; subansamblurile sale au dimensiuni mari și prețuri ridicate.

Mai este cunoscut un dispozitiv pentru compensarea tensiunii scăzute sub valoarea nominală a bateriilor de acumulatori, folosite în sistemele de aprindere ale autovehiculelor, dispozitiv constituit dintr-un transformator convertizor de tensiune, care are în primar un circuit autooscilant, realizat cu două tranzistoare de putere, alimentat numai în momentul pornirii, iar în secundar, o punte redresoare aflată permanent în circuitul de alimentare a bobinei de inducție, tensiunea dată de circuitul oscilant fiind însumată cu tensiunea dată de bateria de acumulatori.

Acest dispozitiv are dezavantajul că este influențat de nivelul tensiunii de alimentare a bateriei de acumulatori, astfel încât la descărcarea bateriei sub un anume prag, dispozitivul nu mai poate realiza compensarea diferenței de tensiune lipsă.

Problema tehnică, pe care o rezolvă invenția, este de a realiza un compensator de tensiune, care, montat permanent la bornele bateriei de acumulatori, să asigure, în regim de descărcare, menținerea tensiunii de alimentare a consumatorilor arondați, în limitele prestabilite, cu un consum propriu de energie, redus, prin furnizarea numai a deficienței de tensiune pierdute de baterie în procesul descărcării, în mai multe trepte de tensiune pe care să le sumeze succesiv cu tensiunea rămasă la bornele bateriei.

Compensatorul de tensiune pentru surse de curent continuu autonome, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus, prin aceea că este constituit din trei sau mai multe etaje de compensare a tensiunii înseriate cu o baterie de acumulatori, fiecare etaj

RO 116233 Bl fiind Gompus din câte un comparator de tensiune, un bloc oscilator și de comandă, un bloc final de comutare și un bloc de transfer și separație galvanică, etajele de compensare a tensiunii participând pasiv atât în timpul încărcării, cât și în timpul descărcării bateriei, până la scăderea tensiunii sub anumite praguri prestabilite, 50 comparatoarele de tensiune sesizând atingerea pragurilor prestabilite și activând, succesiv, pentru intrare în funcțiune etajele de compensare a tensiunii, fiecare debitând câte o treaptă de tensiune compensatorie, care se sumează cu tensiunea efectivă scăzută a bateriei, încât la bornele generale tensiunea revine la valoarea nominală.

Compensatorul de tensiune, conform invenției, prezintă următoarele avantaje: 55

- are un randament ridicat, prin intrarea, pe rând, în funcțiune a etajelor ce furnizează tensiune în trepte, cu un consum de energie propriu, scăzut;

- are fiabilitate mare în funcționare, defectarea unui etaj de compensare neafectând funcționarea întregului circuit al bateriei;

- are posibilitatea creșterii nivelului de siguranță, prin prevederea unuia sau mai 6o multor etaje de rezervă, care să suplinească ceea ce s-ar putea defecta.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură și cu fig.1 și

2, care reprezintă:

- fig.1, schema bloc de realizare a unui compensator de tensiune, pentru surse de curent continuu autonome; 65

- fig.2, schema electronică de realizare a compensatorului.

Compensatorul de tensiune, conform invenției, se compune (fig. 1 ] din trei sau mai multe etaje identice de compensare a tensiunii I, II, III și un etaj de compensare a tensiunii de rezervă IV, înseriate galvanic, cu o baterie de acumulatori BA. Fiecare etaj de compensare, care realizează câte o treaptă de tensiune compensatorie, este compus 70 dintr-un bloc comparator de tensiune C1, C2, C3, un bloc oscilator și de comandă OC1, OC2, OC3, un bloc final de comutare F1, F2, F3, și un bloc de transfer și separație galvanică TS1, TS2, TS3.

Pentru fiecare etaj, spre exemplu etajul I, blocul comparator de tensiune C1 (fig.2) este alcătuit dintr-un circuit integrat specializat CI-11, niște rezistoare R_1n, R₁₈, 75

R₁₃, R₁₄ și o diodă de blocare D_ni. Blocul oscilator și de comandă OC1 este format dintrun circuit integrat oscilator CI-1, niște rezistoare R_1S, R₁₆, niște condensatoare C_11f și o diodă D₁₂. Etajul final de comutare F1 se compune din niște rezistoare de limitare R_1B, R-π. niște tranzistori de putere cu efect de câmp T₁₁, T₁₂. Blocul de transfer și separație galvanică TS1 este constituit dintr-un transformator Tr1, niște diode 8 o redresoare D₁₃, D₁₄. Rezistența R₂ și dioda zener D₂ servește pentru crearea unei tensiuni de referință blocurilor comparatoare C1...C3.

Celelalte etaje de compensare II, III sunt similare cu etajul de compensare I, așa cum rezultă din fig.2, în care elementele identice cu cele din etajul de compensare I sunt notate cu semne de referință similare, obținute prin permutarea primei cifre 85 semnificative 1 cu cifra 2, respectiv 3.

Etajul de compensare de rezervă IV este similar cu etajul de compensare I, în fig.2, semnele de referință ale elementelor etajului de compensare de rezervă IV fiind similare, obținute prin înlocuirea cifrei 1 cu cifra 4. Tensiunea de referință pentru comparatorul CI-41 este obținută de la o diodă zener D₁ alimentată printr-o rezistență 90 R₁.

RO 116233 Bl

Etajul de compensare I, astfel constituit, funcționează după cum urmează: în momentul în care tensiunea la bornele bateriei de acumulatori BA scade cu o tensiune AU-! de la valoarea sa nominală U_B până la o valoare U_B', blocul comparator C1 sesizând această scădere de tensiune față de tensiunea prestabilită U_B, inițiază prin dioda D₅₁ activarea oscilatorului OC1 care comandă prin ieșirile 5 și 7 blocul final de comutare F1 care are, în componență, tranzistoarele de putere cu efect de câmp și T₁₂. Blocul oscilator OC1 generează un semnal alternativ, care, transmis etajului final FI, este amplificat în curent și trimis primarului unui transformator Tr1. Tensiunea U₁ indusă în secundarul transformatorului Tr1 este redresată de diodele D„ și D₁₄ și se sumează tensiunii U_B' existente la bornele bateriei BA în acel moment. Astfel, tensiunea rezultată la bornele generale de ieșire este U_G=U_B'+U₁.

După o perioadă de funcționare a bateriei ce alimentează niște consumatori arondați, nefigurați, odată cu scăderea tensiunii ei până la o valoare U_B și reducerea capacității, scade în continuare și tensiunea la bornele generale U_G cu o diferență AU_a. Atunci intră în funcțiune etajul II de compensare a tensiunii, generând o tensiune U₂ care se sumează tensiunilor deja existente în circuit, astfel încât în această nouă situație, tensiunea la bornele generale este U_G=U_B4-U₁+U₂.

După încă o perioadă de funcționare a bateriei, împreună cu primele două etaje de compensare I și II, tensiunea va scădea, în continuare, până la o valoare U_B', tensiunea la bornele generale scăzând cu AU₃. Atunci intră în funcțiune etajul III de compensare a tensiunii, generând o tensiune U₃, tensiunea la bornele generale devenind U_G=U_B'₊U_l+U₂₊ U₃.

Intrarea în funcțiune și a etajului III de compensare duce la menținerea tensiunii prestabilite, în continuare, la bornele generale, cu riscul descărcării totale a bateriei.

în condițiile în care circuitele alimentate de bateria de acumulatori BA, ca ultimă sursă de rezervă în caz de necesitate, au importanță vitală, este preferabilă compromiterea bateriei de acumulatori, în scimbul alimentării la parametri corespunzători ai consumatorilor arondați.

Numărul treptelor de tensiune, respectiv numărul etajelor compensatoare se stabilesc, de la caz la caz, funcție de capacitatea bateriei și de durata de alimentare a consumatorilor arondați. O baterie de capacitate mare și consumatori cu consum mic va necesita un compensator cu mai puține trepte de tensiune, realizate, de exemplu.de două etaje compensatoare și un etaj de rezervă. O baterie de capacitate mică va necesita un compensator cu mai multe trepte de tensiune, realizat, de exemplu, cu patru etaje compensatoare și un etaj de rezervă, încât energia proprie consumată de fiecare treaptă să fie cât mai mică, pentru a obține o durată cât mai mare de alimentare a consumatorilor arondați.

în cazul în care bateria de acumulatori furnizează tensiune la valoare nominală, prestabilită, iar etajele de compensare a tensiunii I, II și III nu funcționează, secundarele transformatoarelor Tr1, Tr2 și Tr3, înseriate în circuitul de bază, pentru alimentare a consumatorilor arondați, nefigurați, de către bateria BA, se comportă ca o simplă cale de curent continuu. La intrarea în funcțiune a etajelor de compensare, sumarea tensiunii furnizate de acestea la tensiunea bateriei de acumulatori este permisă datorită izolării galvanice între primarul și secundarul transformatoarelor Tr1, Tr2 și Tr3.

RO 116233 Bl

140

Etajele comparatoare C urmăresc permanent nivelul tensiunii la bornele bateriei BA și realizează o comutare electronică de activare a etajelor de compensare I, II și III, fără a fi necesare elemente de comutare în circuitul de bază, tensiunea măsurată la blocurile comparatoare C1...C3 fiind tensiunea de la bornele bateriei BA, iar tensiunea măsurată de comparatorul unui etaj de rezervă IV fiind tensiunea de la bornele generale ale compensatorului.

într-un exemplu practic de realizare a invenției, pentru o tensiune de 23OV furnizată de o baterie de acumulatori, nu se admite scăderea tensiunii sub 22OV. în acest caz, compensatorul se prevede cu trei trepte de tensiune compensatorii, de câte 10 V fiecare. La scăderea tensiunii la bornele bateriei la valoarea de 221 V va intra în funcțiune etajul de compensare I, iar tensiunea la bornele generale se restabilește la U_g=220V+10V=231 V, în condițiile în care blocul comparator C1 este reglat să lucreze la 221 V. Blocul comparator C2 este reglat pentru 221V, care prin activarea etajului compensator II, restabilește tensiune U_G=211V+10V+10V=231V, iar prin reglarea blocului comparator C3 la 201 V, prin activarea și a etajului compensator III se restabilește tensiunea U_G=201V+10V+10V+10V=231V.

Compensatorul, în acest caz, poate fi prevăzut și cu un etaj de compensare a tensiunii de rezervă IV, care să lucreze la o tensiune de 221 V, măsurată la bornele generale și care să genereze 10V. La tensiunea de 220V, măsurată la bornele generale, se poate ajunge într-un timp mai scurt, dacă unul din etajele de compensare se defectează.

La defectarea unui etaj de compensare, nu se mai obține un aport de tensiune din partea acelui etaj la bornele generale, dar circuitul de bază format de baterie, consumatorii arondați și secundarele transformatoarelor Trl, Tr2, și Tr3 nu se întrerupe.

Claims (3)

1. Revendicări

   1. Compensator de tensiune pentru surse de curent continuu, autome, care conține dispozitive electronice pentru compensarea diferenței de tensiune pierdută de o baterie de acumulatori, în regim de descărcare, caracterizat prin aceea că este constituit din trei sau mai multe etaje de compensare a tensiunii (I, II și III), înseriate cu o baterie de acumulatori (BA), fiecare etaj fiind compus din câte un bloc comparator de tensiune (C1, C2, C3), un bloc oscilator și de comandă (OC1, OC2, OC3), un bloc final de comutare (F1, F2, F3) și un bloc de transfer și separație galvanică (TS1, TS2, TS3), etajele de compensare a tensiunii participând pasiv atât în timpul încărcării, cât și în timpul descărcării bateriei (BA), până la scăderea tensiunii sub anumite praguri prestabilite, comparatoarele de tensiune (C1...C3) sesizând atingerea pragurilor prestabilite la bornele bateriei și activând succesiv etajele de compensare a tensiunii (I...III) pentru intrarea lor în funcțiune, fiecare debitând câte o treaptă de tensiune compensatorie (U₁...U₃), care se sumează cu tensiunea efectivă scăzută a bateriei (BA), încât la bornele generale, tensiunea revine la valoarea nominală (U_G) de alimentare a consumatorilor.

   145

   150

   155

   160

   165

   170

   175

   RO 116233 Bl
2. 2. Compensator de tensiune conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că fiecare bloc comparator de tensiune (C1, C2, C3) este alcătuit dintr-un circuit integrat (CI-11, CI-21, CI-31), niște rezistoare divizoare (R₁₁-+R₁₄;R₂₁-rR₂₄; R₃₁*R₃₄) și o diodă de blocare (D_in D₂₁ D₃₁), fiecare bloc oscilator și de comandă (OC1, OC2, OC3) fiind compus din niște rezistoare (R_1S, Ri₆;F^_s, Rîsi Rjg)· ⁿ'Ș^te condensatoare (Cl1, C,2: ^C2i> ^C22î ^3i> Ore) și ⁰ diodă (D12, Dl,₂. D32L fiecare etaj final de comutare (F,, F_a, F₃) fiind compus din niște rezistoare de limitare (R₁₆, R₁₇; R_a6, R₂₇; R₃₆, R₃₇), niște tranzistori de putere cu efect de câmp (T_11f T₁₂; T₂₁, T₂₂; T₃₁, T₃₂), fiecare bloc de transfer și separație galvanică (TS1, TS2, TS3) fiind constituit dintr-un transformator (Tr1, Tr2, Tr3, și niște diode redresoare (O₁₃, D₁₄; D₂₃, D₂₄; D₃₃, D₃₄).
3. 3. Compensator de tensiune, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, într-o variantă de realizare, conține înseriat în circuitul de alimentare de la bateria de acumulatori (BA) a consumatorilor, și un etaj compensator de rezervă (IV) al cărui comparator (C4) măsoară și sesizează pragul prestabilit al tensiunii la bornele generale, față de etajele compensatoare (I...III) înseriate, care măsoară și sesizează praguri prestabilite ale tensiunii la bornele bateriei (BA), etajul de rezervă (IV) putând suplini unul din etajele compensatoare (I...III) în caz de defectare a lui, circuitul de alimentare a consumatorilor rămânând neîntrerupt.