Устройство для питания нагрузки

Устройство для питания нагрузки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ду Н 01 М 10/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3433674/24-07 (22) 07,05.82 (46) 07.09.83. Бюл. NÃ 33 (72) В В.Пугачев (53) 621,355.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 692000, кл. H 02 J 7/34, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

N 851637, кл. Н 02 J 7/34, 1981, 3. Авторское свидетельство СССР

N 748588, кл. Н 01 И 10/42, 1980.

4. Авторское свидетельство СССР

N 794687, кл, Н 01 И 10/42, 1981. (54) (57) УСТРОИСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ

НАГРУЗКИ, содержащее источник, постоянного тока, буферную аккумуляторную батарею с выводами элементов, соединенными с коммутатором, выход которого связан с шинами для подключения восстанавливаемого элемента, соединенными через контактор с до-. полнительным источником постоянного тока и разрядным сопротивлением, .80„„1 40549 A блок поэлементного контроля напряжения, входом связанный с коммутатором, а выходом — с блоком управления, и датчик напряжения, входом подключенный к шинам восстанавливаемого элемента, а выходом соединенный с блоком сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения условии циклирования буферной батареи путем повышения точности выравнивания уровня заряженности ее элементов, оно снабжено датчиком то" ка аккумуляторной батареи, датчиком тока, включенным в шины восстанавливаемого элемента, сумматором на пряжения и элементом моделирования напряжения рассогласования, входами связанным с блоком поэлементного контроля напряжения и датчиками тока, батареи и восстанавливаемого элемента, а выходом через сумматор напряжения, соединенный с блоком поэлементного контроля напряжения, подключенный к блоку сравнения.

1 >o4oS

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системе электроснабжения автономного объекта, включающей аккумулятор" ную батарею (АБ), длительно работающую в циклическом режиме.

Известно устройство для питания нагрузки, содержащее источники постоянного тока (ИПТ), буферные АБ с сигнальными датчиками, шины с датчи- 1р ками тока, коммутатор шин, измерительный коммутатор, подключенный к датчикам тока и шинам, блок программ, выходом соединенный с измеритель- ным коммутатором и блоком управления: режимом работы, блок синхронизации, выходом связанный с бло" ком программ и блоком контроля, счетчик тактовых импульсов, входом подключенный к блоку. синхронизации, и блок сравнения. Блок контроля выполнен в виде аналого-цифрового пре образователя и счетчика нормированного количества электричества, соединенных с выходом измерительного коммутатора. Блок сравнения выполнен в виде схемы сравнения кодов, входами связанной с блоком программ и аналого-цифровым преобразователем, а выходами чеоез счетчики импульсов и схемы совпадения, подключенные к выходу счетчика тактовых импульсов, соединенной с блоком управления режимом работы. Другие входы блока управления связаны с выходами сигнальных датчиков АБ, счетчиком нормированного количества электричества, а выходы подключены к управляющим входам коммутатора шин, счетчику нормированного количества электричества и блоку программ (1 j.

Устройство позволяет производить контроль напряжений, соответствующих тому или иному режиму работы включенных в него элементов, в том числе и АБ, ro заранее введенной программе с целью обеспечения заданного уровня напряжения потребителей, поддержания энергобаланса и исключения вывода из строя составных элементов. Однако в известном устройстве5Р не предусматривается восстановление эксплуатационных характеристик АБ в процессе многократного циклирования путем глубокого разряда и последующего Нормального заряда ее элементов 55 и вследствие этого не обеспечивается поэлементный контроль уровня заряженности включенных в АБ аккуму49 2 ляторов, что ограничивает возможность использования устройства в составе системы электроснабжения автономного объекта, находящегося в длительной эксплуатации.

Известно устройство для питания нагрузки, содержащее ИПТ, буферную

АБ, регулятор зарядного тока, датчик направления тока АБ, коммутатор, дополнительный аккумулятор, блок поэлементного контроля, блок определения разности уровней заряженности элементов, пороговый элемент, элемент сравнения, управляемый ключ, блок формирования адреса и задатчик сигнала рассогласования. Блок определения разности уровней заряженности элементов входом связан с блоком поэлементного контроля, а выходами подключен к пороговому элементу, соединенному с управляющим входом ключа, и к элементу сравнения, вторым входом связанному с задатчиком сигнала рассогласования, а выходом подключенному к сбрасывающему входу коммутатора. Блок формирования адреса входами соединен с датчи" ком направления тока АБ и блоком поэлементного контроля, а выходом через контакты управляемого ключа связан с устанавливающим входом коммутатора, силовые шины которого подключены к дополнительному аккумулятору Г23.

Устройство обеспечивает достоверный контроль уровня заряженности элементов АБ по отношению к заданному фиксированному значению и замену отстающего элемента на качественный. Однако оно не решает задачу выравнивания уровня заряженности качественного элемента по текущему уровню заряженности АБ с целью его включения в состав батареи в минимально короткий срок.

Известно устройство для питания нагрузки, содержащее ИПТ, буферную

АБ с выводами от элементов, коммутатор, накопитель электрической энергии, блок контроля уровня заряженности элементов и блок управления(3 )

В известном устройстве производится выравнивание уровней заряженности элементов, включенных в цеаь буферной АБ как при заряде, так и при разряде путем их выборочного подключения к накопителю электрической энергии. В данном устройстве за дача контроля и выравнивания уров1040

549

На чертеже представлена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство для питания нагрузки содержит буферную АБ 1 с выводами от элементов, коммутатор 2, ИПТ 3 и

4, разрядное сопротивление 5, блок

6 поэлементного контроля напряжения (БПКН), датчик 7 напряжения, блок

55 8

8 сравнения, датчик 9 тока восстанавливаемого элемента, датчик 10 тока батареи, сумматор 11 напряжения, элемент 12 моделирования напряз ней заряженности элементов, работающих в различных режимах, не решается.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является 5 устройство для питания нагрузки, содержащее ИПТ, буферную АБ с выводами элементов, соединенными с коммутатором, выход которого связан с шинами для подключения восстанавлива- 10 емого элемента, которые через контактор соединены с дополнительным ИПТ и разрядным сопротивлением, блок поэлементного контроля напряжения, входом связанный с коммутатором, дат- 15 чик напряжения, входом подключенный к шинам восстанавливаемого элемента а выходом соединенный с блоком сравнения, вторым входом связанным с блоком поэлементного контроля напряжения, и блок управления (4 ).

Устройство обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик 6y.ферной АБ при непрерывном ее использовании путем замены отстающего элемента дополнительным элементом, проведения глубокого разряда отстающего элемента, выдержки его в течение расчетного времени, последующе" го заряда до уровня максимально заряженного элемента буферной АБ и

30 включения восстановленного элемента в состав батареи взамен очередного отстающего элемента.

Выравнивание уровня заряженности восстанавливаемого элемента по максимально заряженному (контрольному) элементу буферной АБ в известном устройстве производится путем контро ля и сравнения величин их напряжении. Поскольку режим работы буфер40 ной РБ задается графиком энергопотребления нагрузки, контрольный элемент в момент сравнения может находиться как в режиме заряда, так и в режиме разряда, а его ток может отличать" .

45 ся по величине от тока заряда восстанавливаемого элемента, что обусловливает различие напряжений сравниваемых элементов. В известном устроистве не учитывается зависимость напряжений сравниваемых элементов от указанных параметров, что приводит к более частому выключению ошибоч но принимаемых за отстающие элементов. из АБ, т.е, многократному глубокому" циклированию элементов, увеличивающему их износ, Кроме того, возрастающий разброс уровней заряженности элементов при ограниченной глубине циклирования буферной АБ ухудшает условия их работы в составе батареи, что может послужить причиной преждевременного вывода ее из строя.

Таким образом, недостатком известного устройства является низкая точность выравнивания уровня заряженности элементов, ухудшающая условия циклирования буферной АБ, Цель изобретения — улучшение ус" ловий циклирования буферной бата реи путем повышения точности выравнивания уровня заряженности ее элементов.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для питания нагрузки, содержащее источник посто" янного тока, буферную АБ с выводами элементов, соединенными с коммутатором, выход которого связан с шинами для подключения восстанавливаемого элемента, соединенными через контактор с дополнительным источником постоянного тока и разрядным сопротивлением, блок поэлементного контроля напряжения, входом связанный с коммутатором, а выходомс блоком управления, и датчик напряжения, входом подключенный к шинам восстанавливаемого элемента, а выходом соединенный с блоком сравнения, снабжено датчиком тока

АБ, датчиком тока, включенным в шины восстанавливаемого элемента, сумматором напряжения и элементом моделирования напряжения рассогласования, входами связанным с блоком поэлементного контроля напряжения и датчиками тока батареи и восстанавливаемого элемента, а выходом через сумматор напряжения, соединенный с блоком поэлементного контроля напряжения, подключенный к блоку сравнения.

549 6

1040

5 жения рассогласования (ЭМНР), контактор 13 и блок 14 управления.

АБ 1 состоит из К элементов, один из которых является дополнительным. Коммутатор 2 обеспечивает последовательное соединение N-1 эле-. мента АБ 1 для питания нагрузки 15, при этом любой элемент цепи батареи может быть исключен для восстановлЕния эксплуатационных характерис- 10 тик и заменен дополнительным элемен« том. Через измерительные контакты коммутатора 2 производится контроль напряжения элементов батареи БПКН 6 в последовательности, задаваемой 15 блоком 14 управления. К й-1 элементу

АБ 1 через датчик 10 тока подключено . параллельное соединение ИПТ 3 и нагрузки 15. Контактор 13 служит для поочередного подключения восста- 20 навливаемого элемента к разрядному, сопротивлению 5 и ИПТ 4, Контроль тока восстанавливаемого элемента осуществляется через датчик 9 тока, а контроль его.напряжения - датчиком 25

7 напряжения. БПКН 6 входом соединен с измерительными контактами коммутатора 2. ЭМНР 12 входами связан с датчиками 9 и 10 и БПКН 6, а выходом подключен к первому входу суммато-10 ра ll, второй вход которого соединен с БПКН. 6. Блок 8 сравнения входа" ми связан с датчиком 7 напряжения и сумматором 11, а выходом подключен к блоку 14 управления. Блок 14 управ- З5 ления по сигналам БПКН 6, датчи-ка 7 напряжения и блока 8 сравнения вырабатывает команды, по которым производятся переключе° HHR коммутатором 2 и контактором

13. ЭМНР 12 предназначен для выработки напряжения рассогласова.ния между напряжениями восстанав" ливаемого элемента и контрольного элемента АБ 1, обусловленного различием режимов их работы. сумматор

1l напряжения служит для алгебраического сложения напряжения контрольного элемента АБ 1 и напряжения рас. согласования.

Устройство работает следующим образом.

ИПТ 3 и й-l элемент буферной

АБ 1 обеспечивают питание нагрузки

15. При этом АБ 1 работает в режиме циклирования с заданной глубиной разряда. По мере ухудшения эксплуатационных характеристик элементов

АБ 1 их .напряжение уменьшается, что фиксируется БПКН 6. Элемент с минимальным напряжением по команде с блока 14 управления выключается из цепи АБ 1 и подключается к шинам восстанавливаемого элемента, далее соединяется контактором 13 с разрядным сопротивлением 5 для осуществления глубокого разряда. Вместо него в цепь АБ 1- включается дополнительный элемент для обеспечения питания нагрузки 15 заданным напряжением.

По окончании глубокого разряда восстанавливаемого элемента по команде блока 14 управления контактор, 13 подключает его шины к ИПТ 4 и производится нормальный заряд восстанавливаемого элемента. При заряде элемента контролируется величина зарядного тока, его напряжение, а также значение тока АБ 1 и напряжение контрольного элемента батареи, по которому выравнивается уровень заряженности восстанавливаемого элемента. Названные параметры с датчиков 9 и 10 тока и БПКН 6 поступают на входы ЭМНР 12, который вырабатывает величину напряжения рассогласования LLU между напряжением контрольного элемента АБ 1 U и напряжением восстанавливаемого элемента 08, обусловленную различием,режимов работы

+ 0= (0кэ +381-, âý) гдейй0=0 -01, - напряжение рассогласо% вания„.

+3 - величина тока контроль ; ного элемента батареи

< (знак "плюс" соответствует заряду, знак

"минус" — разряду);

Эвэ - величина зарядного тока восстанавливаемого элемента.

В сумматоре- ll производится алгебраическое сложение напряжения

ЭМНР 12 и напряжения. БПКН 6 U,= кэ

=0„ +й0. Блок 8 сравнения при равействе напряжений 0 э и U 8 вырабатывает сигнал, поступающий в блок

14 управления. Блок 14 вырабатывает команду, по которой прекращается заряд восстанавливаемого элемента (контактор 13 отключает от шин воестанавливаемого элемента ИПТ 4), а также производится переключение коммутатором 2 - восстановленный элемент включается в цепь буферной

АБ 1, а очередной отстающий элемент 040549

Составитель И,Найдина

Редактор С.Юско Техред И.Метелева Корректор О.Тигор

Заказ 6940/55 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и1открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 подключается к шинам восстанавливаемого элемента. Далее устройство работает аналогично.

В основу ЗМНР могут быть положены аналитическая зависимость напряжения элементов АБ от тока или снятые эксперимЕнтальным путем вольтамперные характеристики (ВАХ), ус" редненные по большому числу опытов.

Поскольку для конкретной электоохи- 10 мической системы фактический уровень заряженности элементов однозначно определяется величиной внутреннего омического сопротивления, а остальные параметры, в том,числе и напряжение, являются зависимыми от внешних условий, например, сопротивления нагрузки, напряжения зарядного источника, температуры и т.д., то при искусственнбм выравнивании ус- 20 ловий, в которых находятся элементы, достижима сравнимость уровней заряженности восстанавливаемого и контрольного элемента осуществляется по напряжению, соответствующе" му равным режимам работы элементов.

ЭМНР Е2 может быть выполнен в виде подмагничиваемого трансформаторного регулятора с делителем выходного напряжения. В этом случае .токи датчиков 9 и t0 .обтекают встречно намотанные обмотки управления подмаг" ничиваемого регулятора, а напряжение с БПКН 6 подводится к одному из плеч делителя выходного напряжения, второе плечо которого рбразовано диагональю постоянного тока выпрямительного моста, подключенного диагональю переменного тока к рабочей обмотке подмагничиваемого трансфор- 40 матора. При укаэанной реализации

ЭМНР точность выравнивания уровней заряженности восстанавливаемого и контрольного элементов по напряжению определяется точностью измере=

45 ния токов и напряжений и точностью моделирования напряжения рассогласования ° Современные средства измерения токов и напряжений имеют достаточно высокую для практических целей точность. Точность моделирования напряжения рассогласования зависит от стабильности питающего рабочую обмотку подмагничиваемого трансформатора напряжений и точности подбора .сердечника с кривой намагничивания, соответствующей нелинейности

ВАХ элементов АБ. Повышение точности последнего параметра может быть достигнуто путем тщательного подбора материала и конфигурации сердечника или введением дополнительной обмотки коррекции. Соответствие между нелинейностью кривой намагничиваниА серденчика и ВАХ конкретной электрохимической системы элемейтов устанавливается в процессе проектирования и отладки устройства. Практически погрешность, вносимая за счет некорректности моделирования напряжения рассогласования, может быть сведена к минимуму, удовлетворяющему требованиям заказчика, и не превышать 54 во всем диапазоне рабочих токов буферной АБ. Контроль уровней заряженности сравниваемых элементов по напряжению с укаэанной точностью гарантирует минимальный разброс характеристик элементов в процессе циклирования буферной АБ на ограниченную глубину, что улучшает условия циклирования батареи.

Положительный эффект от использования предлагаемого устройства заключается в улучшении условий циклирования буферной АБ путем повышения точности выравнивания уровня заряженности ее элементов и достигается благодаря обеспечению возможности выравнивания уровня заряженности восстанавливаемого и контрольного элементов по напряжению независимо от режима их работы.

Предлагаемое устройство можно эффективно использовать в составе систем .электроснабжения автономных объектов, имеющих длительный срок эксплуатации.