RU2744947C1 - Electromagnetic generator using solar panels - Google Patents
Electromagnetic generator using solar panels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2744947C1 RU2744947C1 RU2020118784A RU2020118784A RU2744947C1 RU 2744947 C1 RU2744947 C1 RU 2744947C1 RU 2020118784 A RU2020118784 A RU 2020118784A RU 2020118784 A RU2020118784 A RU 2020118784A RU 2744947 C1 RU2744947 C1 RU 2744947C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pole
- output
- poles
- group
- control unit
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/36—Arrangements using end-cell switching
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/497—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode sinusoidal output voltages being obtained by combination of several voltages being out of phase
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B28/00—Generation of oscillations by methods not covered by groups H03B5/00 - H03B27/00, including modification of the waveform to produce sinusoidal oscillations
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/80—Generating trains of sinusoidal oscillations
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Abstract
Description
I. Область техники, к которой относится изобретениеI. The field of technology to which the invention relates
Изобретение относится к области электротехники и фотоэлектроники. Устройство предназначено для генерирования электрических напряжений синусоидальной формы с использованием солнечных батарей.The invention relates to the field of electrical engineering and photoelectronics. The device is designed to generate sinusoidal electrical voltages using solar panels.
II. Уровень техникиII. State of the art
II. 1 Сравнение с предшествующими уровнями техникиII. 1 Comparison with prior art
Используемые в настоящее время солнечные панели вырабатываю электроэнергию постоянного тока. Для получения переменного напряжения используется аккумуляторная батарея и инвертор, как показано на рисунке фиг. 1.Solar panels currently in use generate direct current electricity. A storage battery and an inverter are used to generate AC voltage, as shown in FIG. one.
Фиг. 1 Установка электропитания на солнечных панеляхFIG. 1 Installing power to solar panels
Предлагаемое устройство позволяет генерировать с использованием стандартных солнечных панелей электроэнергию переменного тока, по форме приближающегося к синусоиде, частота колебания задается используемым в устройстве генератором тактовых импульсов. Устройство может подключаться к промышленной сети переменного тока в качестве генератора электроэнергии, либо использоваться автономно для электроснабжения потребителей переменного тока в сетях энергоснабжения, автоматики, робототехники, сетях "промышленного Интернета вещей, IIOT" и межмашинного взаимодействия, М2М.The proposed device allows you to generate AC electricity using standard solar panels, in the shape of a sinusoid, the oscillation frequency is set by the clock generator used in the device. The device can be connected to an industrial AC network as a generator of electricity, or it can be used autonomously to supply AC consumers in power supply networks, automation, robotics, "industrial Internet of things, IIOT" and machine-to-machine communication networks, M2M.
II. 2 Цель изобретенияII. 2 Purpose of the invention
Целью изобретения является разработка устройства для генерирования электрических напряжений и токов синусоидальной формы с помощью панели, на которой располагаются фотопреобразователи световой энергии в электрическую (фотовольтаические или фотоэлектрических преобразователи). Применение устройства возможно как при освещении солнечных панелей солнечной энергией, так и в отсутствии такого освещения. При отсутствии освещения колебания генерируются за счет использования энергии, накопленной в аккумуляторных или конденсаторных батареях. При освещении панелей солнечная энергия расходуется как на генерирование колебаний, так и на зарядку аккумуляторных или конденсаторных батарей. Использование устройства возможно и без использования аккумуляторных батарей только при освещении солнечных панелей энергией Солнца. Получение колебаний синусоидальной формы достигается в результате коммутации отдельных элементов солнечной панели по предлагаемой в работе схеме. Частота генерируемого напряжения (тока) задается генератором тактовых импульсов, входящего в блок управления устройства. Амплитудные значения тока достигаются в результате параллельного соединения фотопреобразователей, амплитудные значения напряжения достигаются в результате последовательного соединения отдельных элементов солнечной панели в модули. Модули между собой соединяются собой так, чтобы получить аппроксимацию синусоидальной функции выходного напряжения последовательностью импульсных функций.The aim of the invention is to develop a device for generating sinusoidal electrical voltages and currents using a panel on which photoconverters of light energy into electrical energy (photovoltaic or photoelectric converters) are located. The device can be used both when solar panels are illuminated with solar energy, and in the absence of such lighting. In the absence of lighting, oscillations are generated by using the energy stored in rechargeable or capacitor banks. When illuminating panels, solar energy is consumed both for generating oscillations and for charging storage or capacitor banks. The device can be used without the use of rechargeable batteries only when solar panels are illuminated with solar energy. Obtaining sinusoidal oscillations is achieved as a result of switching individual elements of the solar panel according to the scheme proposed in the work. The frequency of the generated voltage (current) is set by the clock pulse generator included in the control unit of the device. Amplitude current values are achieved as a result of parallel connection of photoconverters, peak voltage values are achieved as a result of series connection of individual solar panel elements into modules. The modules are connected to each other so as to obtain an approximation of the sinusoidal function of the output voltage by a sequence of impulse functions.
II. 3. Изобретательский уровень.II. 3. Inventive level.
Предлагаемое устройство для генерирования электромагнитных колебаний с использованием солнечных панелей отличается от используемых в настоящее время устройств тем, что позволяет непосредственно с панелей с солнечными фотоэлементами снимать переменное синусоидальное напряжение. Для районов с гарантированным освещением солнечных батарей генерация синусоидального напряжения возможна без использования аккумуляторной батареи и инвертора. Для использования устройства в периоды отсутствия освещенности солнечной панели требуется использование накопителей энергии, таких как аккумуляторная батарея или блок конденсаторов необходимой емкости. Технические требования к используемым в устройстве накопителям энергии значительно ниже по сравнению с требованиями к аккумуляторной батарее, используемой в решении, показанном на рисунке фиг. 1. При разбиении периода выходного напряжения на 12 интервалов каждый накопитель энергии в предлагаемом устройстве используется только на 1/6 части периода генерируемого переменного напряжения. Вследствие этого снижаются требования к энергоемкости накопителей. 1/3 часть накопителей рассчитывается, проектируется и изготавливается на напряжение, равное 1/3 части амплитуды выходного напряжения, 1/3 часть накопителей изготавливается на напряжение, равное 2/3 амплитуды выходного напряжения и 1/3 часть накопителей изготавливается на напряжение, равное амплитуде выходного напряжения. Вследствие указанных факторов снижаются такие показатели накопителей как габариты, вес, стоимость по сравнению с используемым накопителем, показанным на рисунке фиг. 1.The proposed device for generating electromagnetic oscillations using solar panels differs from currently used devices in that it allows to remove alternating sinusoidal voltage directly from solar panels. For areas with guaranteed illumination of solar panels, the generation of a sinusoidal voltage is possible without the use of a battery and an inverter. To use the device during periods of lack of illumination of the solar panel requires the use of energy storage devices, such as a rechargeable battery or a capacitor bank of the required capacity. The technical requirements for the energy storage devices used in the device are significantly lower compared to the requirements for the storage battery used in the solution shown in the figure in FIG. 1. When dividing the period of the output voltage into 12 intervals, each energy storage device in the proposed device is used only for 1/6 of the period of the generated alternating voltage. As a result, the requirements for the energy consumption of the storage devices are reduced. 1/3 of the drives are calculated, designed and manufactured for a voltage equal to 1/3 of the output voltage amplitude, 1/3 of the drives are manufactured for a voltage equal to 2/3 of the output voltage amplitude and 1/3 of the drives are manufactured for a voltage equal to the amplitude output voltage. As a result of these factors, such indicators of drives as dimensions, weight, cost are reduced in comparison with the used drive shown in the figure in Fig. one.
От описанного в работе [1] предлагаемое устройство отличается тем, что:The proposed device differs from the one described in [1] in that:
- в качестве источников энергии используются солнечные панели, состоящие из однотипных фотопреобразователей с одинаковыми значениями напряжения каждого источника равное Еэл;- solar panels are used as energy sources, consisting of the same type of photoconverters with the same voltage values of each source equal to Eel;
- используя последовательное и параллельное соединения фотопреобразователей формируются модули из фотопреобразователей с требуемым значением тока и напряжения, одинакового по величине для каждого модуля. Напряжение одного модуля равно Е=к⋅Еэл, где к - количество последовательно соединенных в модуле элементов или групп из параллельно соединенных элементов. Количество элементов в каждой группе определяется требуемым значением тока, которое необходимо получить от модуля;- using serial and parallel connections of photoconverters, modules are formed from photoconverters with the required value of current and voltage, the same value for each module. The voltage of one module is E = k =Eel, where k is the number of elements or groups of parallel-connected elements connected in series in the module. The number of elements in each group is determined by the required current value that must be obtained from the module;
- Модули коммутируются в соответствии с предложенной схемой для получения кратных значений напряжений Е. 2Е, 3Е, -Е, -2Е, -3Е. При помощи блока коммутации, содержащем управляемые ключи, источники электрической энергии подключаются в заданной последовательности к выходным полюсам устройства. Управление ключами блока коммутации осуществляется блоком управления. В качестве источников электрической энергии генератора используется электрическая энергия:- The modules are switched in accordance with the proposed scheme to obtain multiple values of the voltages E. 2E, 3E, -E, -2E, -3E. With the help of a switching unit containing controlled keys, the sources of electrical energy are connected in a predetermined sequence to the output poles of the device. The switching unit keys are controlled by the control unit. Electric energy is used as sources of electrical energy of the generator:
- получаемая в результате преобразования световой энергии, падающей на световые панели, в электрическую энергию- obtained as a result of converting light energy falling on light panels into electrical energy
- электрическая энергия аккумуляторных батарей или блока конденсаторов, заряжаемых от световой панели.- electrical energy from storage batteries or a capacitor bank charged from the light panel.
Генерирование электрических колебаний предлагаемым устройством возможно и без использования аккумуляторных батарей или блока конденсаторов только при освещении солнечной панели солнечной энергией. \Generation of electrical oscillations by the proposed device is possible without the use of storage batteries or a capacitor bank only when the solar panel is illuminated with solar energy. \
III. Раскрытие сущности изобретенияIII. Disclosure of the essence of the invention
III. 1 Аппроксимация синусоидальной функции последовательностью импульсных функцийIII. 1 Approximation of a sinusoidal function by a sequence of impulse functions
Фиг. 2 Аппроксимация синусоидальной функции последовательностью импульсных функцийFIG. 2 Approximation of a sinusoidal function by a sequence of impulse functions
На фиг. 2 представлен отрезок синусоидальной функции с амплитудой Em на интервале 0…2π. Рассмотрим участок этой функции на интервале 0…π/2, который аппроксимируется последовательностью k импульсных функций с кратными амплитудными значениями E1, 2E1…kE1, где Е1 - амплитудное значение первого импульса, Е2=2Е1 - амплитудное значение второго импульса, Ek=kE1 - амплитудное значение импульса с номером k. Пусть длительность каждого импульса TI одинакова для всех импульсов и равнаFIG. 2 shows a segment of a sinusoidal function with an amplitude E m in the
Установление зависимости амплитуды синусоиды и амплитуды первого импульса на основе равенства энергийDetermination of the dependence of the amplitude of the sinusoid and the amplitude of the first pulse based on the equality of energies
Потребуем, чтобы площадь, ограниченная синусоидальной функцией на интервале 0…π/2 и горизонтальной осью, была равна на этом же интервале площади, равной сумме площадей импульсных функцийWe require that the area bounded by the sinusoidal function on the
ИнтегралIntegral
Из соотношений (2) и (3) найдем выражение для амплитудного значения первого импульса:From relations (2) and (3), we find an expression for the amplitude value of the first pulse:
Для Em=1 и k=3 (n=12) получим для k=4 (n=16) получим для k=6 (n=24) Е1=4/7π ~0.181For E m = 1 and k = 3 (n = 12) we get for k = 4 (n = 16) we get for k = 6 (n = 24) Е1 = 4 / 7π ~ 0.181
Установление значений амплитуд импульсов для случая n=12Establishing the values of the pulse amplitudes for the case n = 12
В таблице 1 записаны значения амплитуд импульсов для каждого из 12 интервалов, на которые разбивается синусоидальная функция. Первые три импульса, аппроксимирующие синусоидальное напряжение первой фазы на интервале 0-Т/4, показаны на рисунке фиг. 2. Принято, что период синусоидальной функции Т разбивается на 12 временных интервалов 1…12.Table 1 contains the values of the pulse amplitudes for each of the 12 intervals into which the sinusoidal function is divided. The first three pulses approximating the sinusoidal voltage of the first phase in the 0-T / 4 interval are shown in Fig. 2. It is accepted that the period of the sinusoidal function T is divided into 12 time intervals 1 ... 12.
Значения напряжений E1, Е2, Е3 показаны на рисунке фиг. 2.The voltage values E 1 , E 2 , E 3 are shown in the figure of FIG. 2.
III. 2. Структурная схема устройстваIII. 2. Block diagram of the device
Структурная схема устройства показана на рисунке фиг. 3.The block diagram of the device is shown in Fig. 3.
Фиг. 3 Структурная схемаFIG. 3 Block diagram
На рисунке фиг. 3 показаны следующие блоки устройства:In the figure of FIG. 3 shows the following device blocks:
Б1. Панель с набором фотопреобразователей;B1. Panel with a set of photoconverters;
Б2. Блок накопителей энергии. Это может быть либо блок аккумуляторных батарей, либо блок конденсаторов необходимой емкостиB2. Energy storage unit. This can be either a battery pack or a capacitor bank of the required capacity.
Б3. Блок управления. Обеспечивает циклическую, с заданным периодом Т, поочередную подачу управляющих импульсов. Управляющие импульсы открывают электронные ключи, расположенные в блоке коммутации. При помощи управляемых ключей источники энергии поочередно подключаются к выходным клеммам устройства;B3. Control block. Provides cyclical, with a given period T, alternate supply of control pulses. Control pulses open electronic keys located in the switching unit. With the help of controlled keys, the energy sources are alternately connected to the output terminals of the device;
Б4. Блок коммутации. Обеспечивает подключение источников электрической энергии (фотопреобразователей и/или накопителей энергии) к выходным клеммам в соответствии с алгоритмом получения синусоидальной формы выходного напряжения;B4. Switching unit. Provides connection of electrical energy sources (photoconverters and / or energy storage devices) to the output terminals in accordance with the algorithm for obtaining a sinusoidal output voltage;
Б5. Выходной трансформатор. Обеспечивает изменение величины напряжения (тока) устройства до требуемой величины.B5. Output transformer. Provides a change in the voltage (current) of the device to the required value.
На рисунке фиг. 4 показана структурная схема устройства для случая, когда период синусоидальной Т разбивается на n=12 интервалов одинаковой величины TI=Т/n. На рисунке указаны номера узлов, при помощи которых осуществляется соединение блоков между собой.In the figure of FIG. 4 shows a block diagram of the device for the case when the period of the sinusoidal T is divided into n = 12 intervals of the same value TI = T / n. The figure shows the numbers of the nodes with which the blocks are connected to each other.
Фиг. 4 Структурная схема с указанием внешних полюсовFIG. 4 Block diagram showing external poles
III. 3 Блок управленияIII. 3 Control unit
Принципиальная схема блока управления представлена на рисунке фиг. 5A schematic diagram of the control unit is shown in Fig. five
Фиг. 5 Принципиальна схема блока управленияFIG. 5 Schematic diagram of the control unit
Блок управления Б3 предназначен для формирования циклической с периодом Т последовательности управляющих импульсов прямоугольной формы. Управляющие импульсы управляют открытием силовых ключей блока коммутации Б4. Силовые ключи подключают на интервал времени TI в заданной последовательности источники энергии к выходным поюсам устройства. Источниками энергии являются фотовольтаичексие преобразователи солнечной батареи и/или накопители электрической энергии. Число импульсов на периоде Т равно n, длительность одного импульса TI. Значения n и TI выбираются исходя из соображений обеспечения требуемой погрешности аппроксимации синусоидальной функции последовательностью прямоугольных импульсных функций и стоимостью реализации устройства. С увеличением n и уменьшением TI снижается погрешность и увеличивается стоимость.The B3 control unit is designed to form a cyclic sequence of rectangular control pulses with a period T. Control pulses control the opening of the power switches of the switching unit B4. Power switches are connected for a time interval TI in a predetermined sequence power sources to the output poses of the device. The sources of energy are photovoltaic converters of the solar battery and / or storage of electrical energy. The number of pulses in the period T is equal to n, the duration of one pulse is TI. The values of n and TI are selected based on considerations of ensuring the required approximation error of a sinusoidal function by a sequence of rectangular impulse functions and the cost of implementing the device. With increasing n and decreasing TI, the error decreases and the cost increases.
При помощи электронных ключей, расположенных в блоке коммутации, источники электрической энергии подключаются в заданные блоком управления моменты времени в соответствии с заданным алгоритмом к выходным полюсам блока коммутации. Коммутация осуществляется в открытом состоянии ключа. Длительность открытого состояния каждого ключа равна TI. Дискретные значения ЭДС для конкретных k=1…n, n=12 приведены в таблице 1. Блок реализован на элементах 1-7. Он содержит генератор тактовых импульсов (ГТИ) 1, логический элемент И 2, счетчик 3 числа импульсов на периоде Т периодической функции, схему сравнения 4, регистр 5, дешифратор 7 с числом выводов, равном n - числу импульсных функций на периоде Т. Запуск работы устройства осуществляется подачей сигнала по входу 6. По входу 13 осуществляется запись кода числа временных интервалов n. Выход ГТИ 1 подсоединен к первому входу элемента И 2, второй вход которого подсоединен к первому входу 6 устройства, а выход - к первому входу счетчика 3, выход которого подсоединен к входу дешифратора 7 и к первому входу схемы сравнения 4, второй вход которой подсоединен к выходу регистра 5, а выход - к второму входу счетчика 3, вход регистра 5 подсоединен к входу 13 устройства, выходы дешифратора 7 подсоединены к входам 81…8n, при помощи которых блок управления соединяется с блоком коммутации.With the help of electronic keys located in the switching unit, the sources of electrical energy are connected at the times specified by the control unit in accordance with a given algorithm to the output poles of the switching unit. Switching is carried out in the open state of the key. The duration of the open state of each key is equal to TI. Discrete EMF values for specific k = 1 ... n, n = 12 are shown in Table 1. The unit is implemented on elements 1-7. It contains a clock pulse generator (GTI) 1, a logical element AND 2, a counter 3 of the number of pulses at a period T of a periodic function, a comparison circuit 4, a register 5, a
III. 4 Блок коммутацииIII. 4 Switching unit
Принципиальная схема блока коммутации для случая, когда число временных интервалов n на периоде Т равно 12 показана на рисунке фиг. 6. Фиг. 6 Принципиальная схема блока коммутацииThe schematic diagram of the switching unit for the case when the number of time slots n in the period T is 12 is shown in the figure of FIG. 6. FIG. 6 Schematic diagram of the switching unit
При помощи блока коммутации Б4 источники напряжений от фотопреобразователей и/или накопителей энергии подключаются в соответствующие интервалы времени (к-1) TI≤t≤kTI, k=1, 2, … n к выходному полюсу блока 101, полюс 102 постоянно подключен к полюсу 0 блоков Б1 и Б2. В записанном выражении TI - длительность временного интервала одного импульса напряжения, n - количество временных интервалов на периоде Т, Коммутация осуществляется при помощи управляемых электронных ключей К1…К6. Импульсы, управляющие открытым состоянием каждого электронного ключа, поступают от блока управления посредством полюсов 81…8n. Первый импульс от блока управления поступает в блок коммутации посредством полюса 81, второй импульс посредством полюса 82 и т.д.Using the switching unit B4, voltage sources from photoconverters and / or energy storage units are connected at appropriate time intervals (k-1) TI≤t≤kTI, k = 1, 2, ... n to the output pole of
На принципиальной схеме входными полюсами, от которых поступают управляющие импульсы на открытие электронных ключей, являются полюсы 81…812. Посредством полюсов 111…116 к блоку коммутации подключаются источники напряжения E1…Е6. При этом полагаются следующие обозначения: E4=-E1, Е5=-Е2, Е6=-Е3. Напряжения Е1…Е6 снимаются с полюсов 111…116 и полюса 0. Так, напряжение E1 снимается с полюсов 111 и 0, напряжение Е2 с полюсов 112 и 0 и т.д. Приняты кратные значения напряжений. Величина E1 определяется напряжением одного модуля питания, E2=2E1, Е3=3Е1, Е4=-Е1, Е5=-Е2, Е6=-Е3. Выходными являются полюсы 101 и 102. При помощи ключа К1 источник E1 подключается к выходному полюсу 101 на первом и шестом интервалах времени. Это достигается тем, что на вход ключа К1 поступают управляющие импульсы с электродов 81 и 86 через диоды D1,1 и D1,6, на вход ключа К2 поступают управляющие импульсы с электродов 82 и 85 через диоды D2,2 и D2,5 и т.д.In the schematic diagram, the input poles, from which the control pulses are received to open the electronic keys, are
III. 3 Блок фотопреобразователей, блок накопителей энергии, блок диодовIII. 3 Photoconverter unit, energy storage unit, diode unit
Отдельные элементы панели группируются в модули с одинаковым по величине выходным напряжением равным Е1. На протяжении первого интервала времени, см. рисунок фиг. 2, на выход устройства к полюсу 111 при помощи блока коммутации подключается модуль фотопреобразователей с напряжением E1. На втором интервале времени длительностью TI к выходным клеммам устройства к полюсу 112 подключаются два последовательно соединенных модуля фотопреобразователей с напряжением E1 каждый. В результате на выходных клеммах устройства на протяжении этого интервала времени напряжение будет равно Е2=2Е1. На третьем интервале времени длительностью TI к выходным клеммам устройства к полюсу 113 подключаются три последовательно соединенных модуля фотопреобразователей. В результате на выходе устройства на третьем по счету интервале времени длительностью TI будет напряжение Е3=3Е1. На четвертом, пятом и шестом интервалах времени источники Е3, Е2, E1 подключаются к полюсам 113, 112, 111. Отрицательные значения выходного напряжения получаются в результате подключения источников Е4, Е5, Е6 к выходным полюсам 114, 115, 116. Так, на седьмом интервале времени длительностью TI к полюсу 114 подключается источник Е4=-E1, на восьмом интервале времени к полюсу 115 подключается источник E5=-Е2, на девятом интервале времени к полюсу 116 подключается источник Е6=-Е3. На десятом, одиннадцатом и двенадцатом интервалах времени источники Е4, Е5, Е6 подключаются к полюсам 116, 115, 114.Individual elements of the panel are grouped into modules with the same output voltage equal to E 1 . During the first time interval, see the drawing of FIG. 2, a photoconverter module with voltage E 1 is connected to the output of the device to
На рисунке фиг. 7 показаны фотопреобразователи П11, П12, … П1n, образующие первый модуль фотопреобразователей, П21, П22, … П2n, образующие второй модуль фотопреобразователей, …, П61, П62, …, П6n, образующие шестой модуль фотопреобразователей. Каждый модуль образуется в результате последовательно - параллельного соединения отдельных фотопреобразователей. Например, один поликристаллический фотопреобразователь при световом потоке 1,0 кВт/м2 в соответствии техническими данными, приведенными на сайте Molotok.ru, характеризуется параметрами:In the figure of FIG. 7 shows photoconverters P 11 , P 12 , ... P 1n , forming the first module of photo converters, P 21 , P 22 , ... P 2n , forming the second module of photo converters, ..., P 61 , P 62 , ..., P 6n , forming the sixth module of photo converters ... Each module is formed as a result of series-parallel connection of individual photoconverters. For example, one polycrystalline photoconverter with a luminous flux of 1.0 kW / m 2, in accordance with the technical data given on the Molotok.ru website, is characterized by the following parameters:
Напряжение: холостого хода - 0,55 В,Voltage: no-load - 0.55 V,
рабочее - 0,5 В.working - 0.5 V.
Ток: КЗ - 1,5 А,Current: short-circuit - 1.5 A,
рабочий - 1,2 А.worker - 1.2 A.
Рабочая мощность - 0,62 Вт.Working power - 0.62 W.
При последовательном соединении десяти фотоэлементов получим рабочее напряжение одного модуля 5 В, рабочая мощность одного модуля будет составлять 6,2 Вт. Если в каждой группе фотоэлементов (П11, П12 и т.д.) использовать их параллельное соединение, то можно увеличит рабочий ток и мощность одного модуля. Так, если параллельно соединять по 10 фотопреобразователей, то рабочий ток модуля возрастет до 12 А, рабочая мощность до 62 Вт.When ten photocells are connected in series, we get the operating voltage of one module 5 V, the operating power of one module will be 6.2 W. If in each group of photocells (P 11 , P 12 , etc.) their parallel connection is used, then the operating current and power of one module can be increased. So, if 10 photoconverters are connected in parallel, the operating current of the module will increase to 12 A, and the operating power to 62 W.
Фиг. 7 Панель солнечная с накопителями энергииFIG. 7 Solar panel with energy storage
Фиг. 8 Панель фотопреобразователей с накопителями энергии и блоком диодовFIG. 8 Panel of photoconverters with energy storage and diode block
На рисунке фиг. 7 показан блок фотопреобразователей Б1 и блок накопителей энергии Б2. В качестве накопителей энергии могут использоваться блоки аккумуляторных батарей, либо блоки конденсаторов необходимой емкости. Показаны накопители С10, С20, С30, С40, С50, С60. Накопитель С10 подключается к полюсам 111 и 0, С20 к полюсам 112 и 0, С30 к полюсам 113 и 0, С40 к полюсам 114 и 0, С50 к полюсам 115 и 0, C60 к полюсам 116 и 0.In the figure of FIG. 7 shows a block of photoconverters B1 and a block of energy storage devices B2. Battery units or capacitor units of the required capacity can be used as energy storage devices. Shown are drives C 10 , C 20 , C 30 , C 40 , C 50 , C 60 . The drive C 10 is connected to
Для того, чтобы исключить саморазряд накопителей энергии через фотопреобразователи в схему фиг. 7 вводятся полупроводниковые диоды D1, D2, D3, D4, D5, D6. Это показано на рисунке фиг. 8.In order to exclude the self-discharge of the energy storage through the photoconverters in the circuit of FIG. 7, semiconductor diodes D1, D2, D3, D4, D5, D6 are introduced. This is shown in the figure in FIG. 8.
Выходными полюсами такой схемы являются полюсы 111, 112, 113, 114, 115, 116, и 0.The output poles of such a circuit are
III. 4 ТрансформаторIII. 4 Transformer
Выходной трансформатор, блок Б5, полюсом 101 подключается к одноименному полюсу блока коммутации, показанного на рисунке фиг. 6, полюсом 102 подключается к полюсу 0 блока источников энергии, показанному на рисунке фиг. 4. Выходными полюсами трансформатора являются полюсы 121 и 122. Трансформатор предназначен для получения требуемого значения напряжения на выходе устройства.The output transformer, block B5, with a pole of 10 1 is connected to the pole of the same name of the switching unit shown in the figure of FIG. 6,
IV. Краткое описание чертежейIV. Brief Description of Drawings
Фиг. 1 Установка электропитания на солнечных панеляхFIG. 1 Installing power to solar panels
Фиг. 2 Аппроксимация синусоидальной функции последовательностью импульсных функцийFIG. 2 Approximation of a sinusoidal function by a sequence of impulse functions
Фиг. 3 Структурная схема устройстваFIG. 3 Block diagram of the device
Фиг. 4 Структурная схема с указанием внешних полюсовFIG. 4 Block diagram showing external poles
Фиг. 5 Принципиальна схема блока управленияFIG. 5 Schematic diagram of the control unit
Фиг. 6 Принципиальная схема блока коммутации Фиг. 7 Принципиальная схема блока питания для n=12FIG. 6 Schematic diagram of the switching unit FIG. 7 Schematic diagram of the power supply unit for n = 12
Фиг. 7 Панель солнечная с накопителями энергииFIG. 7 Solar panel with energy storage
Фиг. 8 Панель фотопреобразователей с накопителями энергии и блоком диодовFIG. 8 Panel of photoconverters with energy storage and diode block
V. Осуществление изобретенияV. Implementation of the invention
Описание работы устройства. В исходном состоянии на регистре 5 по входу 13 записан код числа временных интервалов n. На это число интервалов разбивается период синусоидальной функции Т при аппроксимации синусоидальной функции последовательностью импульсных функций. На счетчике 3 хранится код нуля (вход сброса в ноль на счетчике 3 на фиг. 5 не показан). Работа устройства начинается после подачи пускового сигнала по входу 6 логического элемента И 2. После подачи пускового сигнала импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 1 через открытый элемент И 2 начинают поступать на вход счетчика 3. Код с выхода счетчика 3 поступает на вход дешифратора 7. На выходе дешифратора появляется единичный сигнал только на одном из р, р=1…12, его выходов. Единичный сигнал на р-ом (р=1…n) выходе дешифратора 7 подается на вход блока коммутации посредством одного из полюсов 8р, p=1…12, который подсоединен к управляющим электродам управляемых ключей К1…К6. Входы управляемых ключей подключаются полюсами 11i, i=1…6, к источникам напряжения Е1…Е6, а выходы ключей к выходным полюсам блока коммутации 101 и 102.Description of the operation of the device. In the initial state, the code of the number of time intervals n is written on the register 5 at the
В каждый временной интервал к каждому выходному полюсу блока коммутации 101 и 102 подключается только один источник постоянного напряжения из набора E1…Е6. Значения напряжений источников равны E1=E, Е2=2Е, Е3=3Е, Е4=-Е, Е5=-Е2=-2Е, Е6=-Е3=-3Е. На принципиальной схеме блока коммутации, рисунок фиг. 6, показаны для числа временных интервалов на периоде Т равном n=12. Согласно табл. 1, в первый интервал времени к полюсу 101 подключается источник ЭДС E1=E, к полюсу 102 подключается полюс 0. Для других интервалов от 2 до 12 коммутации определяются аналогично. Для получения напряжений Е2 и Е3 используется последовательно соединение одинаковых по величине напряжения источников с напряжением (модулей) Е. Это показано на рисунке фиг. 7.In each time interval, only one DC voltage source from the set E 1 ... E 6 is connected to each output pole of the switching
Напряжение Е4 снимается с источника ЭДС с величиной напряжения Е при его инверсном включении, т.е. Е4=-Е. Напряжения Е5 и Е6 получаются в результате последовательного соединения инверсно включенных источников с напряжением Е. В результате Е4=-Е, E5=-2E, Е6=-3Е. Это показано на рисунке фиг. 7.Voltage E4 is removed from the EMF source with the value of voltage E when it is turned on inversely, i.e. E 4 = -E. Voltages E 5 and E 6 are obtained as a result of a series connection of inverted sources with a voltage E. As a result, E 4 = -E, E 5 = -2E, E 6 = -3E. This is shown in the figure in FIG. 7.
Подключение источников питания с напряжениями E1…Е6 к выходным полюсам блока коммутации 101…102 осуществляется при помощи управляемых электронных ключей. Сигналы, управляющие на момент времени TI=Т/n открытым состоянием ключа, поступают с выхода дешифратора блока управления посредством полюсов 81…8n. Блоком управления задается очередность следования управляющих импульсов. За управляющим импульсом от формирователя импульсов 8j, j=1…n, следует управляющий импульс от формирователя импульсов 8j+1, пока j+1 не станет равным n. После прекращения действия импульса с выхода 8n включается импульс 81. При этом текущее значение счетчика числа импульсов 3 совпадет с заданным при помощи входа 13 числом n, счетчик обнуляется и процесс повторяется.Connection of power supplies with voltages E 1 ... E 6 to the output poles of the switching
Напряжения, снимаемые с полюсов 101 и 102, поступают на вход трансформатора. Выходными полюсами трансформатора являются 121 и 122. Коэффициент трансформации трансформатора определяется требуемым значением напряжения нагрузки.The voltages taken from
VI. ЛитератураVi. Literature
1. Патент №2016127384, МПК Н05В 1/00, 2017. Гаврилов Л.П. Генератор многофазной системы ЭДС1. Patent No. 2016127384, IPC Н05В 1/00, 2017. Gavrilov L.P. Generator of a polyphase system EMF
Claims (20)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118784A RU2744947C1 (en) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | Electromagnetic generator using solar panels |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118784A RU2744947C1 (en) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | Electromagnetic generator using solar panels |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2744947C1 true RU2744947C1 (en) | 2021-03-17 |
Family
ID=74874516
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020118784A RU2744947C1 (en) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | Electromagnetic generator using solar panels |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2744947C1 (en) |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3509378A (en) * | 1967-01-03 | 1970-04-28 | Numerical Analysis Corp | Signal generator producing long time duration pulses |
SU1575295A1 (en) * | 1985-12-17 | 1990-06-30 | Пермский государственный университет им.А.М.Горького | Programmable pulse generator |
RU87053U1 (en) * | 2008-04-22 | 2009-09-20 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" | DEVICE FOR CONVERSION OF DC VOLTAGE TO QUASI-SINUSOIDAL WITH TWO-LEVEL WIDTH-PULSE MODULATION |
WO2013023248A1 (en) * | 2011-08-12 | 2013-02-21 | Kevin Stephen Davies | Power conversion system |
RU2633662C1 (en) * | 2016-07-07 | 2017-10-16 | Леонид Петрович Гаврилов | Generator of emf polyphase system |
RU2681347C1 (en) * | 2017-12-26 | 2019-03-06 | Леонид Петрович Гаврилов | Generator of multi-phase emf system with reduced twice power tongs |
RU2684486C1 (en) * | 2018-03-26 | 2019-04-09 | Леонид Петрович Гаврилов | Generator of multiphase system of emf using a block of diodes for cutting twice number of power switches |
RU2684485C1 (en) * | 2018-01-31 | 2019-04-09 | Леонид Петрович Гаврилов | Multiphase emf generator with controlled initial phase |
RU2695589C1 (en) * | 2019-01-09 | 2019-07-24 | Леонид Петрович Гаврилов | Device for generation and wireless transmission of multi-phase system of voltages by means of lasers |
RU2705420C1 (en) * | 2019-03-18 | 2019-11-07 | Леонид Петрович Гаврилов | Multiphase emf generator with mechanical switching |
-
2020
- 2020-06-01 RU RU2020118784A patent/RU2744947C1/en active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3509378A (en) * | 1967-01-03 | 1970-04-28 | Numerical Analysis Corp | Signal generator producing long time duration pulses |
SU1575295A1 (en) * | 1985-12-17 | 1990-06-30 | Пермский государственный университет им.А.М.Горького | Programmable pulse generator |
RU87053U1 (en) * | 2008-04-22 | 2009-09-20 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" | DEVICE FOR CONVERSION OF DC VOLTAGE TO QUASI-SINUSOIDAL WITH TWO-LEVEL WIDTH-PULSE MODULATION |
WO2013023248A1 (en) * | 2011-08-12 | 2013-02-21 | Kevin Stephen Davies | Power conversion system |
RU2633662C1 (en) * | 2016-07-07 | 2017-10-16 | Леонид Петрович Гаврилов | Generator of emf polyphase system |
RU2681347C1 (en) * | 2017-12-26 | 2019-03-06 | Леонид Петрович Гаврилов | Generator of multi-phase emf system with reduced twice power tongs |
RU2684485C1 (en) * | 2018-01-31 | 2019-04-09 | Леонид Петрович Гаврилов | Multiphase emf generator with controlled initial phase |
RU2684486C1 (en) * | 2018-03-26 | 2019-04-09 | Леонид Петрович Гаврилов | Generator of multiphase system of emf using a block of diodes for cutting twice number of power switches |
RU2695589C1 (en) * | 2019-01-09 | 2019-07-24 | Леонид Петрович Гаврилов | Device for generation and wireless transmission of multi-phase system of voltages by means of lasers |
RU2705420C1 (en) * | 2019-03-18 | 2019-11-07 | Леонид Петрович Гаврилов | Multiphase emf generator with mechanical switching |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Young et al. | A single-phase multilevel inverter with battery balancing | |
Wu et al. | Dual-DC-port asymmetrical multilevel inverters with reduced conversion stages and enhanced conversion efficiency | |
CN1526193A (en) | Trasformerless static voltage inverter for battery systems | |
Nahavandi et al. | Single stage DC-AC boost converter | |
Sathik et al. | A new 5-level ANPC switched capacitor inverter topology for photovoltaic applications | |
Kotb et al. | Implementation of genetic algorithm-based SHE for a cascaded half-bridge multilevel inverter fed from PV modules | |
bin Arif et al. | Asymmetrical multilevel inverter topology with reduced power semiconductor devices | |
RU2744947C1 (en) | Electromagnetic generator using solar panels | |
CN202183738U (en) | Cascading multi-level inverting circuit capable of automatically generating cascading power source | |
Kim et al. | A new multilevel inverter with reduced switch count for renewable power applications | |
RU2735021C1 (en) | Sinusoidal voltage generator based on nuclear power plant | |
Khalid et al. | Review of thyristor based grid tied inverters for solar PV applications | |
RU2684486C1 (en) | Generator of multiphase system of emf using a block of diodes for cutting twice number of power switches | |
Peddapati et al. | A Single Phase Seven-level MLI with Reduced Number of Switches Employing a PV Fed SIMO DC-DC Converter | |
CN104467007B (en) | Single-phase cascade multilevel photovoltaic grid-connected inverter control system | |
Joseph et al. | Performance analysis of multilevel inverter with battery balanced discharge function and harmonic optimization with genetic algorithm | |
Nikhil et al. | A reduced switch multilevel inverter for harmonic reduction | |
Sathiyanathan et al. | Multi‐mode power converter topology for renewable energy integration with smart grid | |
Rajasekhar et al. | Seven level Switched Capacitor Multilevel Boost inverter for Renewable Energy Sources | |
Nisha | PV powered generalized multicell switched-inductor embedded quasi Z-source inverter using MSP-430 controller | |
Tang et al. | Research of a single-stage buck-boost inverter under dual mode modulation | |
Dash et al. | A Five-Level Inverter with Multiple DC Sources for Grid-Connected Systems | |
Kurian et al. | RTC Based Solar Power Multi-Level Inverter | |
Ramavath et al. | A Comparative Analysis of Modified and Updated Modified Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter | |
JP3243978U (en) | Interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access |