RU2705796C1

RU2705796C1 - Electromagnetic relay for switching accumulator batteries from parallel to coupled parallel charging

Info

Publication number: RU2705796C1
Application number: RU2019115522A
Authority: RU
Inventors: Виталий Алексеевич Алексеенко; Владимир Алексеевич Халюткин
Priority date: 2019-05-21
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2019-11-12

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, namely to an electromagnetic relay for switching accumulator batteries operating on charging from an individual wind-driven power plant, followed by conversion of accumulated energy using an inverter into electric current of the required voltage and frequency. Proposed electromagnetic relay in composition with electric generator provides switching of accumulator batteries from parallel charging to coupled parallel by means of voltage supplied to control electrodes of voltage thyristors, wherein the switching contact is electrically connected through controlled resistance to control electrodes of thyristors, which connect groups of storage batteries to parallel or coupled parallel charging. Disconnection of control electrodes and interruption of electric current flow through thyristors performs an anchor of an electromagnetic relay controlled by an electronic switch, the operating mode of which is provided by preliminary adjustment of resistance of an electromagnetic relay winding.

EFFECT: higher reliability of electromagnetic relay operation is technical result of invention.

1 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а более конкретно к индивидуальным ветроэнергетическим установкам, работающим на зарядку аккумуляторных батарей с последующим преобразованием инвертором накопленной энергии в электрический ток нужных напряжения и частоты.The invention relates to the field of wind energy, and more specifically to individual wind power plants operating for charging batteries with the subsequent conversion by the inverter of the stored energy into an electric current of the desired voltage and frequency.

Уровень техникиState of the art

Известны и широко применяются в стационарных условиях и в автомобилях большой мощности параллельное и последовательное подключение аккумуляторных батарей на зарядку от электрогенератора (см. В. Е. Ютт. Электрооборудование автомобилей: Учеб. для студентов вузов. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Транспорт, 1995. С. - 52-63).Known and widely used in stationary conditions and in high-power cars, parallel and serial connection of rechargeable batteries for charging from an electric generator (see V.E. Yutt. Electrical equipment of cars: Textbook for university students. - 2nd ed., Revised and add.- M .: Transport, 1995.S. - 52-63).

Параллельное подключение аккумуляторных батарей к стабилизированному по требуемой величине напряжения источнику постоянного тока применяется тогда, когда их номинальное напряжение соответствует номинальному напряжению электрогенератора. За номинальное напряжение аккумуляторной батареи принимается ЭДС на ее клеммах после полной зарядки и выравнивания заряда. Для электрогенератора за номинальное напряжение принимается напряжение, соответствующее напряжению полностью заряженной аккумуляторной батареи. При этом существует понятие «максимальный ток зарядки» и «максимальное напряжение зарядки», которое выше условного номинального напряжения.Parallel connection of rechargeable batteries to a DC source stabilized by the required voltage value is applied when their rated voltage corresponds to the rated voltage of the generator. For the nominal voltage of the battery, the EMF at its terminals is taken after fully charging and equalizing the charge. For an electric generator, the rated voltage is taken to be the voltage corresponding to the voltage of a fully charged battery. Moreover, there is the concept of “maximum charging current” and “maximum charging voltage”, which is higher than the nominal nominal voltage.

Последовательное подключение применяется при малом количестве аккумуляторных батарей, когда требуемое для зарядки напряжение электрогенератора соответствует напряжению последовательно подсоединенному их количеству.Serial connection is used with a small number of batteries, when the voltage of the electric generator required for charging corresponds to the voltage of the number connected in series.

В стационарных условиях зарядку аккумуляторных батарей номинальным напряжением 12 В проводят при параллельном их подключении к источнику постоянного тока с номинальным напряжением 12 В, зарядку аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 24 В также проводят при параллельном их подключении к источнику постоянного тока напряжением 24 В и контролируют по току зарядки или напряжению. При зарядке аккумуляторных батарей от электрической сети, напряжение которой всегда стабильно, автоматическое регулирование процесса зарядки аккумуляторных батарей отработано и не вызывает проблем. Но эти же стационарные методы зарядки аккумуляторных батарей применяются и в ветроэнергетике при работе индивидуальной ветроэнергетической установки.Under stationary conditions, batteries with a nominal voltage of 12 V are charged when they are connected in parallel to a DC power source with a nominal voltage of 12 V, batteries are charged with a nominal voltage of 24 V also when they are connected in parallel to a DC power source of 24 V and controlled by current charging or energized. When charging batteries from an electric network, the voltage of which is always stable, automatic regulation of the battery charging process has been worked out and does not cause problems. But these same stationary methods of charging batteries are also used in wind energy during the operation of an individual wind power installation.

Недостатки использования стационарных способов зарядки аккумуляторных батарей в индивидуальной ветроэнергетической установке состоят в том, что стабилизация выходного напряжения электрического тока электрогенератора представляет значительные трудности, связанные с переменной скоростью ветра и изменением количества оборотов ветроколеса в широких пределах, практически от нуля до максимальных, допускаемых конструкцией ветродвигателя. Несмотря на применяемые способы регулирования выходного напряжения электрогенератора при изменении скорости ветра, оно изменяется в значительных пределах, и выходит из диапазона, необходимого для зарядки. В результате понижения напряжения, выдаваемого 12-тивольтовым электрогенератором ниже 12 В аккумуляторные батареи с номинальным напряжением 12 В зарядку не принимают. При завышении напряжения сверх необходимого оно гасится регулятором напряжения и вырабатываемая электрическая энергия ветроэнергетической установкой недоиспользуется для зарядки 12-ти вольтовых аккумуляторных батарей. Аналогичный процесс происходит и при работе 24-х вольтового электрогенератора при зарядке 24-х вольтовых аккумуляторных батарей.The disadvantages of using stationary methods of charging batteries in an individual wind power installation are that the stabilization of the output voltage of the electric current of the generator presents significant difficulties associated with a variable wind speed and a change in the number of revolutions of the wind wheel over a wide range, from practically zero to the maximum allowed by the design of the wind turbine. Despite the methods used to control the output voltage of the generator when the wind speed changes, it varies significantly, and out of the range required for charging. As a result of lowering the voltage generated by a 12-volt electric generator below 12 V, batteries with a nominal voltage of 12 V do not accept charging. When overvoltage is exceeded, it is extinguished by the voltage regulator and the generated electric energy by the wind power installation is underutilized to charge 12-volt batteries. A similar process occurs during the operation of a 24-volt electric generator when charging 24-volt batteries.

При формировании 12-ти вольтовых аккумуляторных батарей в группы по две батареи, соединенные последовательно и подсоединенные к электрогенератору с номинальным напряжением 24 В группами паралелльно, также не обеспечивается более полного использования электроэнергии, вырабатываемой электрогенератором индивидуальной ветроэнергетической установки для зарядки, потому что при уменьшении зарядного напряжения электрогенератора ветроэнергетической установки, которое имеет место при уменьшении скорости ветра, аккумуляторные батареи не заряжаются. При увеличении скорости ветра и увеличении зарядного напряжения электрогенератора регулятор уменьшает это напряжение до необходимого. Следовательно как при пониженном напряжении, так и при повышенном электрическая энергия, вырабатываемая индивидуальной ветроэнергетической установкой не используется для зарядки.When forming 12-volt rechargeable batteries in groups of two, connected in series and connected to an electric generator with a nominal voltage of 24 V in groups in parallel, a more complete use of the electric power generated by the electric generator of an individual wind power installation for charging is also not ensured, because when the charging voltage decreases the electric generator of a wind power installation, which occurs when the wind speed decreases, the batteries are not laughed at. With an increase in wind speed and an increase in the charging voltage of the electric generator, the regulator reduces this voltage to the required value. Therefore, both under reduced voltage and at increased electric energy generated by an individual wind power installation is not used for charging.

Из сказанного следует, что для полного использования электроэнергии, вырабатываемой электрогенератором индивидуальной ветроэнергетической установкой, будет рациональным использовать электрогенератор с номинальным напряжением 24 В, а подключать к нему на зарядку 12-ти вольтовые аккумуляторные батареи при напряжении до 24 В параллельно, а при повышенном напряжении выше 24 В те же 12-ти вольтовые аккумуляторные батареи, но соединенные по две последовательно, образуя таким образом параллельную и попарно-параллельную зарядку в соответствии с напряжением, вырабатываемым электрогенератором. Это переключение аккумуляторных батарей должно выполняться автоматически синхронно с изменением напряжения на клеммах электрогенератора индивидуальной ветроэнергетической установки.From the foregoing, it follows that for the full use of the electricity generated by the electric generator by an individual wind power installation, it will be rational to use an electric generator with a nominal voltage of 24 V, and connect 12 volt rechargeable batteries to it for charging at a voltage of up to 24 V in parallel, and with an increased voltage higher 24 V are the same 12-volt rechargeable batteries, but connected in two in series, thus forming a parallel and pair-parallel charging in accordance with voltage generated by an electric generator. This switching of batteries should be performed automatically synchronously with a change in voltage at the terminals of the electric generator of an individual wind power installation.

Таким автоматическим переключателем аккумуляторных батарей, наиболее близким по технической сущности решаемой поставленной задачи является электромагнитное реле для переключения аккумуляторных батарей (см. Патент PU 2649908 c1), которое авторами принято за прототип.Such an automatic battery switch that is closest in technical essence to the task at hand is an electromagnetic relay for switching batteries (see Patent PU 2649908 c1), which the authors took as a prototype.

Изобретение предназначено для переключения аккумуляторных батарей при напряжении на клеммах электрогенератора ветроэнергетической установки ниже 24 В на параллельную зарядку, а при напряжении на клеммах генератора 24 В и выше на попарно-параллельную. Электромагнитное реле состоит из сердечника и якоря, выполненных из магнито-мягкого материала, обмотки, выполненной из провода и расположенной на сердечнике, возвратной пружины и содержит на якоре разъединитель, выполненный из диэлектрического материала, который входит между двумя подвижными контактами, расположенными по обе стороны разъединителя, размыкая их, и замыкает каждый соответственно на установленные напротив них неподвижные контакты, обеспечивая параллельную зарядку аккумуляторных батарей. При притянутом якоре разъединитель освобождает разъединенные контакты, они замыкаются друг на друга и разъединяются с установленными напротив них контактами, осуществляя переключение аккумуляторных батарей с параллельной зарядки на попарно-параллельную. Управление работой электромагнитного реле для переключения аккумуляторных батарей с параллельной на попарно-параллельную зарядку осуществляется с помощью электронного ключа, состоящего из триода, в коллекторную цепь которого включена обмотка электромагнитного реле по схеме с общим эмиттером, а клеммы электронного ключа подключены к клеммам электрогенератора с соблюдением полярности.The invention is intended for switching batteries at a voltage at the terminals of an electric generator of a wind power installation below 24 V for parallel charging, and at a voltage at terminals of a generator of 24 V and higher at pairwise-parallel. An electromagnetic relay consists of a core and an armature made of soft magnetic material, a winding made of wire and located on the core, a return spring and contains at the anchor a disconnector made of dielectric material that enters between two movable contacts located on both sides of the disconnector , opening them, and each closes respectively to the fixed contacts installed opposite them, providing parallel charging of the batteries. When the anchor is pulled in, the disconnector releases the disconnected contacts, they are closed to each other and disconnected with the contacts opposite them, switching the batteries from parallel charging to pairwise parallel. The operation of the electromagnetic relay for switching batteries from parallel to pairwise-parallel charging is carried out using an electronic key, consisting of a triode, in the collector circuit of which the electromagnetic relay winding is connected according to the scheme with a common emitter, and the terminals of the electronic key are connected to the terminals of the generator in compliance with the polarity .

Недостаток данного электромагнитного реле, принятого за прототип, применительно к задаче переключения аккумуляторных батарей, является сложность регулирования зазоров между механическими контактами, необходимость периодически очищать их контактные поверхности, через которые протекают большие зарядные токи, регулировать перемещение разъединителя для обеспечения четкого размыкания и замыкания переключающих механических контактов, что снижает надежность работы электромагнитного реле и повышает трудозатраты на его техническое обслуживание.The disadvantage of this electromagnetic relay, adopted as a prototype, in relation to the task of switching batteries, is the difficulty of regulating the gaps between mechanical contacts, the need to periodically clean their contact surfaces through which large charging currents flow, to regulate the movement of the disconnector to ensure clear opening and closing of the switching mechanical contacts , which reduces the reliability of the electromagnetic relay and increases the labor costs for its technical obs uzhivanie.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей изобретения является разработка более надежного в работе электромагнитного реле для автоматического переключения 12-ти вольтовых аккумуляторных батарей при зарядном напряжении электрогенератора индивидуальной ветроэнергетической установки ниже 24 В на параллельную, а при 24 В и выше на попарно-параллельную зарядку с помощью переключающих тиристоров. Учитывая, что рациональность перехода всех индивидуальных ветроэнергетических установок на использование 24-х вольтовых электрогенераторов с параллельной и попарно-параллельной зарядкой 12-ти вольтовых аккумуляторных батарей очевидна, предлагаемый автоматический переключатель с использованием тиристоров, вместо блока механических контактов, более надежен, может находиться рядом с аккумуляторными батареями, не требует никаких изменений в электросхеме подключения аккумуляторных батарей, его применение более целесообразно.The objective of the invention is the development of a more reliable electromagnetic relay for automatically switching 12-volt batteries when the charging voltage of an electric generator of an individual wind power installation below 24 V to parallel, and at 24 V and above to pair-parallel charging using switching thyristors. Considering that the rationality of the transition of all individual wind power plants to the use of 24-volt electric generators with parallel and pair-parallel charging of 12-volt batteries is obvious, the proposed automatic switch using thyristors, instead of a block of mechanical contacts, is more reliable, can be located next to batteries, does not require any changes in the wiring diagram for connecting batteries, its use is more appropriate.

Технический результат данного изобретения сводится к более надежной работе электромагнитного реле для переключения аккумуляторных батарей при изменении напряжения на клеммах электрогенератора ветроэнергетической установки в зависимости от скорости ветра.The technical result of this invention is reduced to more reliable operation of the electromagnetic relay for switching batteries when the voltage at the terminals of the generator of a wind power installation changes depending on the wind speed.

Технический результат достигается тем, что электромагнитное реле для переключения аккумуляторных батарей с параллельной зарядки на попарно-параллельную содержит тиристоры, включенные в электрическую схему переключения аккумуляторных батарей, токопроводяпгую пластину, укрепленную на якоре электромагнитного реле, электроизолированную от него и соединенную электрический с положительной клеммой электрогенератора, а на самой токопроводящей пластине укреплены контакт-прерыватель тока зарядки аккумуляторных батарей, проходящего через тиристоры и переключающий контакт, управляющий включением тиристоров; контакт-прерыватель взаимодействует поочередно с двумя установленными контактами прерывания тока, протекающего через тиристоры, а переключающий контакт взаимодействует поочередно с двумя установленными контактами переключения напряжения электрического тока, подаваемого на управляющие электроды тиристоров, переключающих аккумуляторные батареи на параллельную или попарно-параллельную зарядку; при обесточенной обмотке реле контакт-прерыватель соединен с контактом прерывания тока, соединенным с положительным электродом тиристора и положительной шиной первой группы заряжаемых аккумуляторных батарей, соединенных параллельно, а переключающий контакт соединен с контактом переключения, соединенным электрически через регулируемое сопротивление с управляющими электродами тиристоров, подключающих аккумуляторные батареи на параллельную зарядку.The technical result is achieved in that the electromagnetic relay for switching batteries from parallel to pairwise parallel contains thyristors included in the electric circuit for switching batteries, a conductive plate mounted on the armature of the electromagnetic relay, electrically isolated from it and connected to the positive terminal of the generator, and on the conductive plate itself, the contact chopper of the battery charging current passing through thyristors and changeover contact controlling the switching of the thyristors; the contact breaker interacts alternately with two installed contacts for interrupting the current flowing through the thyristors, and the switching contact interacts alternately with two installed contacts for switching the voltage of the electric current supplied to the control electrodes of the thyristors that switch the batteries to parallel or pair-parallel charging; when the relay winding is de-energized, the contact chopper is connected to the current interruption contact connected to the thyristor positive electrode and the positive bus of the first group of rechargeable batteries connected in parallel, and the switching contact is connected to the switching contact connected electrically via an adjustable resistance to the control electrodes of the thyristors connecting the battery batteries for parallel charging.

При подаче тока на обмотку и притянутом якоре контакт-прерыватель соединен с другим контактом прерывания тока, проходящего через тиристоры, и электрически соединен с положительно шиной первой группы заряжаемых аккумуляторных батарей, соединенных параллельно; при этом переключающий контакт соединен с другим контактом переключения напряжения электрического тока, соединенным электрические через регулируемое сопротивление с управляющим электродом тиристора, переключающего аккумуляторные батареи с параллельной зарядки на попарно-параллельную, при этом отрицательная клемма электрогенератора соединена с отрицательной шиной второй группы аккумуляторных батарей, соединенных параллельно, и с отрицательным электродом тиристора, переключающего аккумуляторные батареи на параллельную зарядку, а положительный электрод этого тиристора электрический соединен с отрицательной шиной первой группы аккумуляторных батарей, соединенных параллельно, и с положительным электродом тиристора, переключающего аккумуляторные батареи на попарно-параллельную зарядку; отрицательный электрод тиристора, переключающего аккумуляторные батареи на попарно-параллельную зарядку, соединены с положительной шиной второй группы аккумуляторных батарей, соединенных параллельно и с отрицательным электродом тиристора, переключающего аккумуляторные батареи на параллельную зарядку. Работой электромагнитного реле для притягивания якоря к сердечнику или его отпускания, управляет электронный ключ, аналогичный устройству, взятому за прототип и состоящий из триода, в коллекторную цепь которого включена обмотка катушки электромагнитного реле по схеме с общим эмиттером, а клеммы электронного ключа подключены к клеммам электрогенератора, соблюдая полярность. Применение тиристорного переключения вместо блока механических контактов повышает надежность работы электромагнитного реле, упрощает его обслуживание, так как не нужно регулировать зазоры в контактах и зачищать их контактирующие поверхности. Применяемые в предлагаемом электромагнитном реле контакты прерывания электрического тока и контакты управления включением тиристоров предельно просты по устройству и не требуют регулировки зазоров после их начальной установки.When current is applied to the winding and the armature is drawn, the contact chopper is connected to another contact for interrupting the current passing through the thyristors, and is electrically connected to the positive bus of the first group of rechargeable batteries connected in parallel; wherein the switching contact is connected to another switching contact voltage of electric current, connected through an adjustable resistance to the control electrode of the thyristor, switching the batteries from parallel charging to pairwise parallel, while the negative terminal of the generator is connected to the negative bus of the second group of batteries connected in parallel , and with the negative electrode of the thyristor switching the batteries to parallel charging, the positive electrode of the thyristor electrically connected to a negative busbar of the first group of storage batteries connected in parallel, and the positive electrode of a thyristor switching batteries for charging pairwise-parallel; the negative electrode of the thyristor that switches the batteries to pairwise parallel charging is connected to the positive bus of the second group of batteries connected in parallel and to the negative electrode of the thyristor that switches the batteries to parallel charging. The operation of the electromagnetic relay for attracting the anchor to the core or releasing it is controlled by an electronic key similar to the device taken as a prototype and consisting of a triode, the collector circuit of which includes the coil of the electromagnetic relay coil according to the scheme with a common emitter, and the terminals of the electronic key are connected to the terminals of the generator observing polarity. The use of thyristor switching instead of a block of mechanical contacts increases the reliability of the electromagnetic relay, simplifies its maintenance, since it is not necessary to adjust the gaps in the contacts and clean their contact surfaces. The electric current interruption contacts and thyristor turn-on control contacts used in the proposed electromagnetic relay are extremely simple in design and do not require adjustment of the gaps after their initial installation.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 показана электрическая схема электромагнитного реле, работающая на тиристорах для переключения аккумуляторных батарей на параллельную и попарно-параллельную зарядку. На фиг. 2 представлена электрическая схема электронного ключа, аналогичная прототипу, управляющего работой электромагнитного реле, в зависимости от напряжения, выдаваемого электрогенератором ветроэнергетической установки.In FIG. 1 shows an electric circuit of an electromagnetic relay operating on thyristors for switching batteries to parallel and pair-parallel charging. In FIG. 2 shows an electric circuit of an electronic key, similar to the prototype that controls the operation of an electromagnetic relay, depending on the voltage supplied by an electric generator of a wind power installation.

Осуществления изобретенияThe implementation of the invention

Все аккумуляторные батареи 1 имеют номинальные напряжения 12 В и разделяются на две одинаковые группы 2 и 3, в которых они соединены параллельно с помощью соединительных шин 4 и автоматически подключается к клеммам 5 электрогенератора с номинальным напряжением 24 В индивидуальной ветроэнергетической установки в следующих комбинациях. При понижении зарядного напряжения менее 24 В все аккумуляторные батареи подключаются через соединительные шины 4 к клеммам 5 электрогенератора, соблюдая полярность, на параллельную зарядку. При повышении напряжения свыше 24 В группы 1 и 2 аккумуляторных батарей 1 соединяются между собой последовательно и подключаются на попарно-параллельную зарядку с помощью электромагнитного реле 6 (см. фиг.1), которое состоит из сердечника 7 и якоря 8, выполненных из магнито-мягкого материала, обмотки 9, выполненной из провода и расположены на сердечнике 7. На якоре 8 электромагнитного реле 6 укреплена токопроводящая пластина 10, электроизолированная от него и соединенная электрически с положительной клеммой 5 электрогенератора; на самой токопроводящей пластине 10 укреплены контакт-прерыватель 11 тока зарядки аккумуляторов 1 и переключающий контакт 12.All rechargeable batteries 1 have a nominal voltage of 12 V and are divided into two identical groups 2 and 3, in which they are connected in parallel using connecting buses 4 and are automatically connected to the terminals 5 of the electric generator with a nominal voltage of 24 V for an individual wind power installation in the following combinations. When the charging voltage drops below 24 V, all rechargeable batteries are connected via connecting buses 4 to the terminals 5 of the generator, observing the polarity for parallel charging. When the voltage rises above 24 V, groups 1 and 2 of the rechargeable batteries 1 are connected in series and connected to pairwise-parallel charging using an electromagnetic relay 6 (see figure 1), which consists of a core 7 and an armature 8 made of magneto soft material, a winding 9 made of wire and located on the core 7. An anchor 8 of the electromagnetic relay 6 is reinforced with a conductive plate 10, electrically insulated from it and electrically connected to the positive terminal 5 of the generator; on the conductive plate 10 itself, the contact chopper 11 of the battery charging current 1 and the switching contact 12 are fixed.

При обесточенной обмотке 9 контакт-прерыватель 11 соединен с контактом прерывания тока 13, соединенным с положительным электродом тиристора 14 и с положительной шиной 4 первой группы заряжаемых аккумуляторных батарей 1. Переключающий контакт 12 соединен с контактом переключения 15, соединенным электрически через регулируемое сопротивление 16 с управляющими электродами 17 и 18 тиристоров 14 и 19, подключающих аккумуляторные батареи 1 на параллельную зарядку. При подаче тока на обмотку 9 и притянутом якоре 8 контакт - прерыватель 11 соединен с другим контактом прерывания тока 20, электрически соединенного с положительной шиной 4 первой группы заряжаемых аккумуляторных батарей 1, соединенных параллельно, а переключающий контакта 12 соединен с контактом 21 переключения напряжения, соединенным электрически через регулируемое сопротивление 22 с управляющим электродом 23 тиристора 24, переключающего группы 1 и 2 аккумуляторных батарей 1 с параллельной зарядки на попарно-параллельную. При этом отрицательная клемма 5 электрогенератора соединена с отрицательной шины 4 второй группы аккумуляторных батарей, соединенных параллельно и с отрицательным электродом тиристора 19, переключающего группы аккумуляторных батарей 1 и 2 на параллельную зарядку, а положительный электрод тиристора 19 электрические соединен с отрицательной шиной 4 первой группы аккумуляторных батарей, соединенных параллельно и с положительным электродом тиристора 24, переключающего группы 2 и 3 аккумуляторных батарей на попарно- параллельную зарядку.When the winding 9 is de-energized, the contact chopper 11 is connected to the current interruption contact 13 connected to the positive electrode of the thyristor 14 and to the positive bus 4 of the first group of rechargeable batteries 1. The switching contact 12 is connected to the switching contact 15, electrically connected via an adjustable resistance 16 to the control electrodes 17 and 18 of thyristors 14 and 19, connecting the batteries 1 for parallel charging. When applying current to the winding 9 and the drawn armature 8, the contact breaker 11 is connected to another interrupt contact 20, electrically connected to the positive bus 4 of the first group of rechargeable batteries 1 connected in parallel, and the switching contact 12 is connected to the voltage switching contact 21 connected electrically through an adjustable resistance 22 with a control electrode 23 of the thyristor 24, switching groups 1 and 2 of batteries 1 from parallel charging to pairwise parallel. In this case, the negative terminal 5 of the generator is connected to the negative bus 4 of the second group of batteries connected in parallel with the negative electrode of the thyristor 19, which switches the groups of batteries 1 and 2 to parallel charging, and the positive electrode of the thyristor 19 is connected to the negative bus 4 of the first group of batteries batteries connected in parallel and with the positive electrode of the thyristor 24, switching groups 2 and 3 of batteries for pair-parallel charging.

Отрицательный электрод тиристора 14, переключающего группы аккумуляторных батарей 1 и 2 на параллельную зарядку, и отрицательный электрод тиристора 24, переключающего группы аккумуляторных батарейThe negative electrode of the thyristor 14, switching the groups of batteries 1 and 2 for parallel charging, and the negative electrode of the thyristor 24, switching the groups of batteries

1 и 2 на попарно-параллельную зарядку, соединены с положительной шиной 4 второй группы аккумуляторных батарей, соединенных параллельно. При обесточивании обмотки 9 электрического реле 6 якорь 8 под воздействием пружины 25 возвращается в исходное положение, а аккумуляторные батареи подсоединяются на параллельную зарядку.1 and 2 for pairwise-parallel charging, connected to the positive bus 4 of the second group of batteries connected in parallel. When de-energizing the winding 9 of the electric relay 6, the armature 8 under the influence of the spring 25 returns to its original position, and the batteries are connected for parallel charging.

Управление работой электромагнитного реле 6 осуществляется с помощью электронного ключа (см. фиг. 2), использованного в прототипе и состоящего из триода 26, в коллекторную цепь которого включена обмотка 9, зашунтированная конденсатором 27, переменных резисторов 28-29, соединенных согласно электросхеме, на которой указаны точки а и в, к которым подключается вольтметр при настройке электронного ключа на режим работы. Электронный ключ подключен к клеммам 5 электрогенератора, соблюдая полярность.The operation of the electromagnetic relay 6 is carried out using an electronic key (see Fig. 2), used in the prototype and consisting of a triode 26, in the collector circuit of which is included a winding 9 shunted by a capacitor 27, variable resistors 28-29 connected according to the wiring diagram, on which points a and b are indicated to which the voltmeter is connected when setting the electronic key to the operating mode. The electronic key is connected to the terminals 5 of the generator, observing the polarity.

Работа электромагнитного реле для переключения аккумуляторных батарей осуществляется следующим образомThe electromagnetic relay for switching batteries is as follows

В исходном положении, за которое принимается неработающая ветроэнергетическая установка по причине отсутствия ветра, напряжение на клеммах 5 электрогенератора будет равно напряжению заряда групп 1 иIn the initial position, which is taken as an idle wind power plant due to the lack of wind, the voltage at the terminals 5 of the generator will be equal to the charge voltage of groups 1 and

2 аккумуляторных батарей 1, поскольку тиристоры 14 и 19 будут открыты, вследствие подачи на их управляющие электроды 17 и 18 положительного напряжения от аккумуляторных батарей, но разряжения аккумуляторных батарей через обмотку электрогенератора происходить не будет из-за наличия в генераторе выпрямительного блока, не пропускающего ток в обратном направлении. Обмотка 9 электромагнитного реле 6 будет обесточена вследствие недостаточного напряжения на клеммах 5 электрогенератора для открытия тиристора 26. В этом положении якорь 8 под воздействием пружины 25 прижимает контакт-прерыватель 11 к контакту прерывания тока 13, а переключающий контакт 12 прижимается к контакту переключения 15.2 batteries 1, since the thyristors 14 and 19 will be opened, due to the supply of positive voltage from the batteries to their control electrodes 17 and 18, but the batteries will not be discharged through the winding of the generator due to the presence of a rectifier block in the generator that does not pass current in the opposite direction. The coil 9 of the electromagnetic relay 6 will be de-energized due to insufficient voltage at the terminals 5 of the generator to open the thyristor 26. In this position, the armature 8 under the influence of the spring 25 presses the contact breaker 11 to the interrupt contact 13, and the switching contact 12 is pressed to the switching contact 15.

В этом положении якоря 8 обе группы 1 и 2 аккумуляторных батарей подключены на параллельную зарядку. При наличии ветра и работе ветроэнергетической установки, обеспечивающей достаточное напряжение на клеммах 5 электрогенератора для зарядки 12-ти вольтовых аккумуляторных батарей, зарядный ток проходит от отрицательной клеммы 5 к отрицательной шине второй группы аккумуляторных батарей, далее через заряжаемые аккумуляторные батареи к положительной шине, а от нее к отрицательному электроду тиристора 14, который открыт подачей положительного напряжения на управляющий электрод 17 через переключающий контакт 12 и контакт переключения 15. Тиристор 24 в это время закрыт.Параллельно для зарядки первой группы аккумуляторных батарей электрический ток от отрицательной клеммы 5 электрогенератора поступает на отрицательный электрод тиристора 19, который открыт подачей положительного напряжения на его управляющий электрод 18 и далее от положительного электрода тиристора 19 поступает на отрицательную шину первой группы аккумуляторных батарей, через них на положительную шину, с которой поступает на контакт прерывания 13, через контакт-прерыватель 11, по токопроводящей пластине 10 к положительно клемме 5 электрогенератора.In this position of the armature 8, both groups 1 and 2 of batteries are connected for parallel charging. In the presence of wind and the operation of a wind power installation that provides sufficient voltage at terminals 5 of the electric generator to charge 12 volt batteries, the charging current passes from negative terminal 5 to the negative bus of the second group of batteries, then through rechargeable batteries to the positive bus, and from it to the negative electrode of the thyristor 14, which is open by applying a positive voltage to the control electrode 17 through the switching contact 12 and the switching contact 15. Tiris the torus 24 is closed at this time. In parallel to charge the first group of batteries, the electric current from the negative terminal 5 of the generator is supplied to the negative electrode of the thyristor 19, which is opened by supplying a positive voltage to its control electrode 18 and then from the positive electrode of the thyristor 19 to the negative bus of the first groups of rechargeable batteries, through them to the positive bus with which it enters the interrupt contact 13, through the contact breaker 11, on the conductive plate 10 to put terminal 5 of the generator.

При достаточном напряжении электрического тока на клеммах 5 электрогенератора, превышающего допустимое напряжение на клеммах 12-ти вольтовых аккумуляторных батарей, начинается процесс их попарно-параллельной зарядки. Как показали результаты исследования работы изготовленного нами прототипа, процесс переключения аккумуляторных батарей на попарно-параллельную зарядку можно осуществляться при достижении напряжения на клеммах 5 электрогенератора 18 В. При переключении на попарно-параллельную зарядку группы 1 и 2 аккумуляторных батарей соединяются последовательно, следовательно их внутреннее сопротивление увеличивается. В результате этого при переключающем напряжении 18 В напряжение на клеммах 5 электрогенератора становится равным 24 В, и аккумуляторные батареи начинают заряжаться по способу попарно-параллельного подключения. Чтобы осуществить переключение аккумуляторных батарей необходимо закрыть прохождение зарядного тока через тиристоры 14 и 19, и открыть для прохождения тока тиристор 24. Это достигается тем, что отключается положительный потенциал напряжения на управляющих электродах 17 и 18 и одновременно прерывается прохождение электрического тока через тиристоры 14 и 19. Эту функцию выполняет якорь 8 электромагнитного реле 6, управляемого электронным ключом. При притягивании якоря 8 контакт-прерыватель 11 разъединяется с контактом прерывания 13, а переключающий контакт 12 разъединяется с контактом переключения 15. Оба тиристора 14 и 19 мгновенного выключаются. При притягивании якоря 8 контакт-прерыватель 11 соединяется с прерывающим контактом 20, а переключающий контакт 12 соединяется с контактом переключения 21 и положительный потенциал напряжения через регулируемое сопротивление 22 подается на управляющий электрод 23 тиристора 24, открывая путь току на попарно-параллельную зарядку аккумуляторных батарей. Поскольку тиристоры 14 и 19 теперь закрыты для прохождения тока зарядки, а тиристор 24 открыт, то зарядный ток пойдет следующим образом. От отрицательной клеммы 5 электрогенератора ток пойдет к отрицательной шине второй группы аккумуляторных батарей, далее через аккумуляторные батареи 3 к положительной шине второй группы аккумуляторных батарей, от нее через открытый тиристор 24 к отрицательной шине первой группы аккумуляторных батарей, через аккумуляторные батареи 2 к положительной шине первой группы аккумуляторных батарей 2, от нее к прерывающему контакту 20, к контакту-прерывателю 11, через токопроводящую пластину 10 к положительной клемме 5 электрогенератора. При понижении напряжения на клеммах 5 электрогенератора менее 24 В обмотка 9 обесточивается и якорь 8 возвращается в исходное положение. При этом закрывается тиристор 24, а открываются тиристоры 14 и 19, переключая группы 2 и 3 аккумуляторных батарей на параллельную зарядку. Достижение необходимого режима работы электронного ключа (см. фиг. 2) обеспечивается предварительным регулированием напряжения на обмотке 9 переменным сопротивлением 28 и напряжением открытия триода 26 переменным сопротивлением 29, следующим образом: обмотка 9 предварительно включается в схему электронного ключа (см. фиг. 2). Один ее вывод в точке в подключается напрямую клемме +, а второй конец через переменное сопротивление 28 подключается к клемме -. На переменном сопротивлении 28 вводится максимальное сопротивление, к концам обмотки подключается вольтметр, а на клеммы + и - подается постоянное напряжение 18 В.With a sufficient voltage of the electric current at the terminals 5 of the generator, exceeding the permissible voltage at the terminals of 12-volt batteries, the process of their pairwise-parallel charging begins. As the results of the study of the work of the prototype we have made showed, the process of switching batteries to pair-parallel charging can be carried out when the voltage at terminals 5 of the 18 V generator is reached. When switching to pair-parallel charging, groups 1 and 2 of batteries are connected in series, hence their internal resistance increases. As a result of this, with a switching voltage of 18 V, the voltage at the terminals 5 of the electric generator becomes equal to 24 V, and the batteries begin to be charged according to the pair-parallel connection method. In order to switch the batteries, it is necessary to close the passage of the charging current through the thyristors 14 and 19, and open the thyristor 24 for the current to pass. This is achieved by switching off the positive voltage potential at the control electrodes 17 and 18 and simultaneously interrupting the passage of electric current through the thyristors 14 and 19 This function is performed by the armature 8 of the electromagnetic relay 6, controlled by an electronic key. When the armature 8 is attracted, the contact breaker 11 is disconnected from the interrupt contact 13, and the switching contact 12 is disconnected from the switching contact 15. Both thyristors 14 and 19 instantly turn off. When the armature 8 is attracted, the contact chopper 11 is connected to the interrupt contact 20, and the switching contact 12 is connected to the switching contact 21 and the positive voltage potential is supplied through the adjustable resistance 22 to the control electrode 23 of the thyristor 24, opening the way for the current to pair-parallel charging of the batteries. Since the thyristors 14 and 19 are now closed for the passage of the charging current, and the thyristor 24 is open, the charging current will go as follows. From the negative terminal 5 of the generator, the current will go to the negative bus of the second group of batteries, then through the batteries 3 to the positive bus of the second group of batteries, from it through the open thyristor 24 to the negative bus of the first group of batteries, through the batteries 2 to the positive bus of the first group of batteries 2, from it to the interrupting contact 20, to the contact-chopper 11, through the conductive plate 10 to the positive terminal 5 of the generator. When lowering the voltage at the terminals 5 of the generator less than 24 V, the winding 9 is de-energized and the armature 8 returns to its original position. At the same time, thyristor 24 closes, and thyristors 14 and 19 open, switching groups 2 and 3 of batteries to parallel charging. Achieving the required mode of operation of the electronic key (see Fig. 2) is provided by pre-adjusting the voltage on the winding 9 with a variable resistance 28 and the opening voltage of the triode 26 with a variable resistance 29, as follows: the winding 9 is previously included in the circuit of the electronic key (see Fig. 2) . One of its outputs at the point in is connected directly to the + terminal, and the second end is connected to the - terminal through the variable resistance 28. At variable resistance 28, the maximum resistance is entered, a voltmeter is connected to the ends of the winding, and a constant voltage of 18 V is applied to the + and - terminals.

Напряжение на выводах обмотки 9 будет минимальным и его начинают увеличивать уменьшая сопротивление 28 до тех пор пока электронное реле 6 притянет якорь 8. Напряжение на обмотке 9 фиксируется вольтметром и оно будет меньше 18 В, которое задается на клеммах + и -. Отключают вывод в от положительной клеммы и начинают увеличивать напряжение на базе Б триода 26 с помощью переменного сопротивления 29, при которой триод 26 откроется до величины, чтобы через обмотку прошел ток, достаточно для притягивания якоря 8. В результате в электромагнитном реле 6 якорь 8 будет оставаться не притянутым к сердечнику 7 до тех пор, пока напряжение на клеммах 5 электрогенератора будет меньше 18 В и все аккумуляторные батареи будут подсоединены на режим параллельной зарядки. Как только напряжение на клеммах 5 электрогенератора достигнет 18 В, напряжение на базе Б также увеличится, через триод 26 и обмотку пойдет ток, достаточный для притягивания якоря 8, произойдет переключение аккумуляторных батарей с параллельной зарядки на попарно-параллельную. Безусловно, обмотка 9 электромагнитного реле 6 выбирается на ток срабатывания больше чем ток срабатывания, достигаемый при напряжении 18 В, так как она будет находиться под током и при напряжении 24 В и выше, удерживая якорь 8.The voltage at the terminals of winding 9 will be minimal and begin to increase by decreasing resistance 28 until the electronic relay 6 pulls the armature 8. The voltage at the winding 9 is fixed by a voltmeter and it will be less than 18 V, which is set at the + and - terminals. Disconnect terminal B from the positive terminal and begin to increase the voltage at the base B of the triode 26 using an alternating resistance 29, at which the triode 26 opens to the point that enough current flows through the winding to attract the armature 8. As a result, in the electromagnetic relay 6, the armature 8 will not to be attracted to the core 7 until the voltage at the terminals 5 of the generator is less than 18 V and all the batteries are connected in parallel charging mode. As soon as the voltage at terminals 5 of the generator reaches 18 V, the voltage at base B will also increase, through the triode 26 and the winding there will be enough current to attract the armature 8, the batteries will switch from parallel to pairwise-parallel charging. Of course, the coil 9 of the electromagnetic relay 6 is selected for a tripping current greater than the tripping current achieved at a voltage of 18 V, since it will be energized at a voltage of 24 V and higher, holding the armature 8.

Первоначальная установка якоря 8, с токопроводящей пластиной 10, контактом-прерывателем 11 и переключающим контактом 12 по отношению к сердечнику 7, к контактам прерывания 13 и 20, контактам переключения 15 и 21 осуществляется перемещением этих контактов за счет имеющихся в них прорезей для крепления. Усилие притяжения якоря 8 к сердечнику 7 регулируется пружиной 25 и должно соответствовать усилию при напряжении 18 В на клеммах 5 электрогенератора, который не показан и находится в агрегате с ветродвигателем, а указаны только его выводы + и - 5, и напряжению открытия тиристора 26.The initial installation of the armature 8, with the conductive plate 10, the contact breaker 11 and the switching contact 12 with respect to the core 7, to the interrupt contacts 13 and 20, the switching contacts 15 and 21 is carried out by moving these contacts due to the slots for mounting. The force of attraction of the armature 8 to the core 7 is regulated by a spring 25 and must correspond to the force at a voltage of 18 V at the terminals 5 of the electric generator, which is not shown and is located in the unit with a wind turbine, and only its terminals + and - 5 are indicated, and the opening voltage of the thyristor 26.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими коммуникационными устройствами зарядки аккумуляторных батарей от индивидуальной ветроэнергетической установки имеет следующие преимущества:The invention in comparison with the prototype and other communication devices for charging batteries from an individual wind power installation has the following advantages:

Предполагаемое изобретение выполняющее те же функции переключения аккумуляторных батарей на параллельную зарядку при напряжении на клеммах электрогенератора ниже 24 В и на попарно-параллельную зарядку при напряжение на клеммах электрогенератора 24 В и выше, имеет перед ним следующие существенные преимущества:The alleged invention that performs the same functions of switching the batteries to parallel charging at a voltage at the terminals of the generator below 24 V and pairwise-parallel charging at a voltage at the terminals of the generator of 24 V and above, has the following significant advantages over it:

Переключение аккумуляторных батарей, с помощью тиристоров, не требует регулировки зазора в контактах, зачистки их поверхностей контактирования друг с другом, удаления нагара с поверхностей контактирования, который образуется при протекании больших токов, что повышает надежность работы электромагнитного реле;Switching the batteries using thyristors does not require adjustment of the gap in the contacts, cleaning of their contact surfaces with each other, removing carbon deposits from the contact surfaces, which is formed when high currents flow, which increases the reliability of the electromagnetic relay;

Не требуется разъединителя контактов, которого в предполагаемом изобретении теперь нет и не требуется регулировки его взаимодействия с контактами и одновременно хода якоря по отношению к сердечнику электромагнитного реле, что значительно упрощает эксплуатацию устройства.There is no need for a contact disconnector, which is now absent in the proposed invention and does not require adjustment of its interaction with the contacts and at the same time the armature in relation to the core of the electromagnetic relay, which greatly simplifies the operation of the device.

Имеющиеся в предполагаемом изобретении контакт-прерыватель с двумя контактами прерывания и переключающий контакт с двумя контактами переключения просты по устройству, обслуживанию, и после начальной установки не требует регулировки.The contact breaker with two interrupt contacts and a switching contact with two switching contacts available in the proposed invention are simple in arrangement, maintenance, and after initial installation does not require adjustment.

Claims

Электромагнитное реле для переключения аккумуляторных батарей с параллельной на попарно-параллельную зарядку, состоящее из сердечника и якоря, выполненных из магнитно-мягкого материала, обмотки, выполненной из провода и расположенной на сердечнике, пружины, электронного ключа, управляющего работой электромагнитного реле, отличающееся тем, что для переключения аккумуляторных батарей с параллельной на попарно-параллельную зарядку с помощью электронного ключа оно дополнительно содержит три тиристора, включенных в электрическую схему переключения аккумуляторных батарей, токопроводящую пластину, укрепленную на якоре электромагнитного реле, электроизолированную от него и соединенную электрически с положительной клеммой электрогенератора, при этом на самой токопроводящей пластине укреплены контакт-прерыватель тока зарядки аккумуляторных батарей, проходящего через тиристоры и переключающий контакт, управляющий включением тиристоров, при этом контакт-прерыватель взаимодействует поочередно с двумя установленными контактами прерывания тока, протекающего через тиристоры, а переключающий контакт взаимодействует поочередно с двумя установленными контактами переключения напряжения, подаваемого на управляющие электроды тиристоров, переключающих аккумуляторные батареи на параллельную или попарно-параллельную зарядку, причем при обесточенной обмотке реле контакт-прерыватель соединен с контактом прерывания тока, соединенным с положительным электродом тиристора и с положительной шиной первой группы заряжаемых аккумуляторных батарей, соединенных параллельно, а переключающий контакт соединен с контактом переключения, соединенным электрически через регулируемое сопротивление с управляющими электродами тиристоров, подключающих аккумуляторные батареи на параллельную зарядку, при подаче тока на обмотку и притянутом якоре контакт-прерыватель соединен с другим контактом прерывания тока, проходящего через тиристоры, и электрически соединен с положительной шиной первой группы заряжаемых аккумуляторных батарей, соединенных параллельно, при этом переключающий контакт соединен с контактом переключения напряжения, соединенным электрически через регулируемое сопротивление с управляющим электродом тиристора, переключающего группы аккумуляторных батарей с параллельной зарядки на попарно-параллельную, при этом отрицательная клемма электрогенератора соединена с отрицательной шиной второй группы аккумуляторных батарей, соединенных параллельно, и с отрицательным электродом тиристора, переключающего группы аккумуляторных батарей на параллельную зарядку, а положительный электрод этого тиристора электрически соединен с отрицательной шиной первой группы аккумуляторных батарей, соединенных параллельно, и с положительным электродом тиристора, переключающего группы аккумуляторных батарей на попарно-параллельную зарядку, а отрицательный электрод тиристора, переключающего группы аккумуляторных батарей на параллельную зарядку, и отрицательный электрод тиристора, переключающего группы аккумуляторных батарей на попарно-параллельную зарядку, соединены с положительной шиной второй группы аккумуляторных батарей, соединенных параллельно.An electromagnetic relay for switching batteries from parallel to pairwise parallel charging, consisting of a core and an armature made of soft magnetic material, a winding made of wire and located on the core, a spring, an electronic key that controls the operation of the electromagnetic relay, characterized in that to switch the batteries from parallel to pairwise-parallel charging using an electronic key, it additionally contains three thyristors included in the electrical circuit battery switching, a conductive plate mounted on the armature of an electromagnetic relay, electrically isolated from it and electrically connected to the positive terminal of the generator, while on the conductive plate itself, a contact-interrupter of the battery charging current passing through the thyristors and a switching contact that controls the thyristors, in this case, the contact chopper interacts alternately with two installed contacts of the interruption of the current flowing through the shooting gallery the sources, and the switching contact interacts alternately with the two installed switching contacts of the voltage supplied to the control electrodes of the thyristors, switching the batteries to parallel or pairwise-parallel charging, and when the relay is de-energized, the contact chopper is connected to the current interrupt contact connected to the thyristor positive electrode and with a positive bus of the first group of rechargeable batteries connected in parallel, and a switching contact connected to by a switching contact, connected electrically through an adjustable resistance to the control electrodes of the thyristors, connecting the batteries to parallel charging, when the current is supplied to the winding and the armature is drawn, the contact chopper is connected to another interrupt contact of the current passing through the thyristors and is electrically connected to the positive bus of the first group rechargeable batteries connected in parallel, while the switching contact is connected to a voltage switching contact connected to trically through an adjustable resistance with a control electrode of a thyristor switching groups of batteries from parallel charging to pairwise-parallel, while the negative terminal of the generator is connected to the negative bus of the second group of batteries connected in parallel and with a negative electrode of a thyristor switching groups of batteries to parallel charging, and the positive electrode of this thyristor is electrically connected to the negative bus of the first battery group batteries connected in parallel and with the positive electrode of the thyristor, which switches the battery groups to pair-parallel charging, and the negative electrode of the thyristor, which switches the battery groups to parallel charging, and the negative electrode of the thyristor, which switches the battery groups to pair-parallel charging, connected to the positive bus of the second group of batteries connected in parallel.