Импульсный регулятор мощности автономной системы электроснабжения

 

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Республик

rii>729581

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 26.1277 (21) 2560823/24-07 (5 ) М

2 с присоединением заявки ¹

G 05 F 1 66 (23) Приоритет

Государственный комнтет

СССР по делам нзобретеннй н открытнй

Опубликовано 250480, Бюллетень ¹ 15

Дата опубликования описания 2504.80 (53) УДК 6 21. 316 . ,728:621.311. .25(088.8) (72) Авторы изобретения

В.В.Сазонов, А.С.Велижанский, A.П.Макарков и В.И,Пушкин (71) Заявитель

Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (54) ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ АВТОНОМНОЙ

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к импульсным регуляторам мощности автономных систем электроснабжения (AC3C) . Такие регуляторы находят применение в АСЭС, где в качестве первичных источников электрической энергии используются полупроводниковые фотопреобразователи (солнечные батареи - СБ), а для обеспечения. нормальной работы систе- 1О

ma в режиме сеансных нагрузок и в теневой фазе СБ применяются аккумуляторные батареи (AB), Известен импульсный регулятор мощности АСЭС, предназначенный для 15 повышения коэффициента .использования

СБ путем автоматической настройки на режим работы в точке максимальной мощности СБ (1). Такой регулятор состоит иэ силового каскада, системы Щ качания, измерителя мощности, фазочувствительного усилителя и интегрирующего устройства.

Однако этот регулятор сложен и имеет низкую надежность, что являет- 25 ся его существенным недостатком при использ ванин в АСЭС Работа этого регулятора основана на непрерывном поиске точки максимальной мощности сБ. поиск осуществляется при помощи 3п

2 подклю"ения к СБ дополнительной йагрузки, что снижает КПД АС3С, Кроме того, дополнительные потери мощность возникают из-эа постоянного ухода режима СБ от точки максимальной мощности, что связано с необходимостью осуществления поисковых движений.

В то же время в целом ряде случаев основным источником низкой эффективности CB являются значительные колебания температуры панелей СБ.

В этих случаях нет необходимости вести настройку на сежим максимальной мощности СБ путем поиска, а достаточно осуществлять регулирование по основному возмущению-изменению температуры панелей СБ ° При этом в качестве датчиков температуры могут использоваться элементы самой СБ.

Известен импульсный регулятор мощности автономной системы электроснабжения с солнечной и аккумуляторной батареями, содержащий силовой каскад, выполненный в виде силового транзистора и LCD-фильтра и схему управления, включающую в себя группу измерительных элементов, а также генератор импульсов, усилитель тока и подстроечные резисторы (2).

729581

Однако этот регулятор сложен и поэтому недостаточно надежен.

Для упрощения и повышения надежности регулятора в предлагаемом импульсном регуляторе мощности автономной системы электроснабжения с солнеч5 ной и аккумуляторной батареями, содержащем силовой каскад, выполненный в виде силового транзистора и LCD-фильтра, и схему управления, включающую в себя группу измерительных солнечных элементов, схема управления снабжена ключем, интегратором, источником управляющего напряжения и пороговых< элементом, причем измерительные солнечные элементы через ключ подсоединены к неинвертирующему входу ин- 15 тегратора, к инвертируюшему входу которого подключен источник упоавляюшего напряжения, выход интегратора подключен на вход порогового элемента, а выходы порогового элемента 2О подключены к управляющим цепям ключа и силового транзистора силового каскада,На фиг, 1 дана схема поедлагаемо- д го регулятора мощности; на фиг, 2 даны графики, поясняющие работу предлагаемого регулятора, Регулятор мощности (РМ) содержит силовой каскад и схему управления °

Силовой каскад состоит из ключевого транзистора 1, LCD-фильтра, состоящего из замыкающего диода 2, дросселя 3 и конденсатора 4, Схема управления включает в себя интегратор 5, пороговый элемент (ПЭ) 8 и ключ 7.

Вход РМ подключен к СБ. СБ состоит иэ основной группы — силовых солнечных элементов 8, обеспечивающих энергоснабжение, и вспомогательной 40 группы — измерительных элементов 9, схемы управления. Элементы в группах

8 и 9 идентичны, однако группа 9 является маломощной и содержит небольшое .количество элементов. Эле- ва; менты этой группы размещены на панели СБ так, чтобы вольтамперные характеристики обеих групп были подобны и обеспечивалось одинаковое влияние на эти характеристики температуры и освещенности. Выход РИ подключен к аккумуляторной батарее. 10 и нагрузке 11. Группа силовых солнечных элементов СБ зашунтирована конденсатором 12. К инвертирующему входу интегратора 5 PN подключено напряжение управления V а к неинвертирующему входу через ключ 7 — напряжение Чд группы 9 СБ.

Работает схема следующим образом. 60

Напряжение Vp выбирается таким, чтобы при V< ) V« „ выполнялось условие V<, > Vq. Ec ключ 7 открыт сигналом с ПЭ б, на вход интегратора

5 подается разность напряжений <7о 65 и V . Напряжение на выходе интегра / В

t тора увеличивается по закону

U„(t) U„(0) -1(н;н„ )ж где т — постоянная времени интегратора;

V„(o) — иапо яжение на выходе интегратора в начале рассматриваемого интервала.

При значении U равном порогу срабатывания ПЭ (в момент времени

t<), последний переключается и запирает ключ 7, В это в< емя

t(u (t,)-u (о) — jj(u -н„)а1, (z) о

При t > t, на входе интегратора действует только напряжение U» напряжение на выходе интегратора уменьшается по закону

<.

u„(t)-î„ß- - ju,ai (в)

1<

При U равном второму порогу срабатывани я ПЭ, последний вновь включает ключ 7, и цикл повторяется с периодом Т.

Учитывая, что Ч (T)=VR(о) и т . И=.„,1-.— ) U dt т из (2) и (3) получим

t< т

j(u;-u„ ddt о М (5) о

<, от куда т

ju а1.jн„М (6) о о

Учитывая, что среднее значение напряжения U > за интервал t. „(V„) равно (в) Ф. н =-" )u at, ll

t< \)м т u„, (9)

Если управлять транзистором 1 с выхода ПЭ импульсами, синхронными с импульсами управления ключом 7, нarrnяжение на выходе Р<< равно:

ЬЫХ. C5 f 6 )((10) где — относит:.-.<ьная длитель— о т ность вк тючения транзистора

Пренебрегая потеря<.о мощности в силовом каскаде Р(<, т. принимая

его КПД, равным 1, можно записать баланс мощностей

P =V Jtt, . Vg>

729581 откуда с учетом (10) я (2)

Бная вольтамперную характеристику

CF V (,З„б ) по формулам (10) и (12), можно построить вольт амперную характеристику Чв„,„(,Т„,„) РМ с включенной на его входе СБ (см, фиг. 2 а) .

Для наиболее эффективного использования CE значение выбирают так, чтобы от СБ отбиралась максимальная мощность. Для этого необходимо, чтобы суммарная вольтамперная характеристика АБ и нагрузки — Vebix (Jae +7„) пересекала характеристику Чв„» (Jf3bl» ) в точке, соответствующей максимальной )$ мощности СБ (см. фиг. 2) . Режим максимальной мощности СБ, равной при принятых допущениях максимальному значению мощности Рв,»,„, всегда можно создать, деформиоуя изменением 2О характеристику Чв,» (Лв„,„) (см.фиг,2) .

Настройка ф на режим максимальной мощности осуществляется с помощью величины Ч„ или Чд выражение (9) .

Величина Чд подбирается выбором не- 2 обходимого числа последовательно включенных элементов СБ, С повышением температуры панелей

СБ напряжение СБ начинает падать.

Согласно (10) и (12) начнет деформироваться также характеристика

Чв„Ä (Jв„, ). Если при этом g = const.» в результате такой деформации СБ выходит из режима максимальной отдачи мощности. Кривые для такого режима показаны на фиг. 2 пунктирными линиями ° P — мощность, отдаваемая: СБ в таком режиме. Однако, поскольку напряжение Чд измерительных солнечных элементов при повышении темпеоатуры также падает пропорционально 40

Vcz, согласно (9) величина ф возрастает, что приводит к повышению и снижеььк (график Чвы» (Явь!» ) дл" это

ro случая показан на фиг. 2 а точками). Режим работы СБ в этом случае соответствует ее максимальной мощности, т.е, в этом случае обеспечивается автоматическое поддержание оптимального режима работы АС3С без непрерывных поисковых колебаний, Если учесть, что изменение температуры панелей СБ является основной причиной, проводящей к уходу системы от режима максимальной мощности, предложенный РМ обеспечивается достаточно высокая точность регулирования мощности. При этом Рм имеет исключительно простую схему и как результат высокую надежность. Последнее обстоятельство особенно важно в АС3С подвижных оСьектов, необслуживаемых солнечных энергетических установок, предназначенных для питания аппаратуры радиорелейных линий и гидрометеоаппаратуры. Напряжение Ч„ может быть либо постоянным, либо изменяться для коррекции величины юи изменении характеристик АБ, нагрузки и других параметров АСЭС.

Формула изобретения

Импульсный регулятор мощности автономной сист емы электросна бжени я с солнечной и ак кумул ят орной батареями, содержащий силовой каскад, выполненный в ниде силового транзистора и

LCD-фильтра и схему управления, включающую в себя группу измерительных солнечных элементов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности регулятора, схема управления снабжена ключем, интегратором, источником управляющего напряжения и пороговым элементом, причем измерительные солнечные элементы через ключ подсоединены к неинвертирующему входу интегратора, к инвертирующему входу которого подключен источник управляющего напряжения, выход интегратора подключен на вход порогового элемента, а выходы порогового элемента подключены к управляющим цепям ключа и силового транзистора силового каскада.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Веденеев Г.М. и др. Статический экстремальный регулятор мощности для автономной системы электроснабжения. — Сб. Повышение эффективности устройств преобразовательной техники, Киев, Наукова думка, 1972, р. 4-2, с. 354-358.

2. Sussman Nerton Trac .cing solar

array maximзп powor, by sensing array еврега1:иге,.Proceeding 4th Jntersociety Energy Conversion Engineerign

Conference, Washington, 1969, New

Jork, р. 1004-1009.

729581 ! ! !

4uг 2

Составитель К.Фотина

Редактор Т.Магова Техред р.андрейко Корректор М.Марсмаи

Заказ 12бО/41 тираж 956 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам, изобретений и открытий

113035, NocKBaó %35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППЛ Патент, r. Ужгооод, ул. Проектная, 4