SU1089593A1 - Имитатор химической батареи - Google Patents

Abstract

1. ИМИТАТОР ХИМИЧЕСКОЙ БАТАРЕИ, содержащий обратимый статический преобразователь, выходной фильтр и блок управлени , состо щий из датчика тока и функционального преобразовател , один вывод выходного фильтра соединен с первым входом функционального преобразовател  блока управлени  и  вл етс  первым выходом имитатора, второй вывод выходного фильтра подключен к входу датчика тока блока управлени , первый выход которого  вл етс  вторым выходом имитатора, второй выход датчика тока подключен к второму входу функционального преобразовател  блока управлени , о.т л ич ающи и с   тем, что, с целью повышени  коэффициента полезного действи  имитатора и упрощени , он дополнительно содержит элементы гальванической разв зки, а об ратимый статический преобразователь состоит из пр мого и обратного каналов , причем пр мой канал состоит из последовательно соединенных диодного выпр мител , релейного транзисторного стабилизатора тока и преобразовател  посто нного напр жени  в посто нное , обратньй канал состоит из последовательно соединенных преобразовател  посто нного напр жени  в. посто нное, релейного транзисторного стабилизатора тока и тиристорного инвертора, выходы которого объединены с входами диодного выпр мител  пр мого канала и подключены к сети переменного напр жени , выходы преобразовател  посто нного напр жени  в посто нное пр мого канала и входы преобразовател  посто нного напр жени  в посто нное обратного канала i соответственно объединены и под (О ключены к вьшодам выходного фильтра, а выход функционального преобразоваС тел  блока управлени  через элементы гальванической разв зки подключен к управл ющим входам релейных транзисторных стабилизаторов тока пр мого и обратного каналов. 2. Имитатор по п.1,о т ли ч а ющ и и с   тем,что функциональный 00 преобразователь содержит два суммао тора, счетчик ампер-часов,усилитель и О1 усилитель с зоной нечувствительности,высо оо ход которого и выход усилител  подключены к соответствующим входам первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора , второй вход второго сумматора .- с шиной опорного напр жени , а третий вход второго сумматора  вл етс  первым входом функционального преобразовател , вторым входом функционального преобразовател   вл ютс  объединенные вход усилител  и вход счетчика ампер-часов, выход которого соединен с входом усилите

Description

л  с зоной нечувствительности, вы ,ходом функционального преобразовател   вл етс  выход второго сумматора .

Изобретение относитс  к технике моделировани  процессов в электротехнических системах и может быть использовано дл  исследовани  систем электроснабжени , источником питани  которых  вл етс  химическа  батаре .

Известно устройство, имитирующее работу химической батареи и состо щее из сумматора, усилителей и интеграторов С1 J.

Однако данное устройство не позвол ет имитировать вольт-ампер-часовые характеристики химических батарей в реальном масштабе напр жений и токов, что исключает возможность непосредственной замены батареи ее имитатором.

Известно также устройство, имитирующее работу химической батареи,состо щее из усилител  мощности,выход которого подключен к нагрузочному элементу, а управл кщий вход - к выходу устройства управлени , содержащее измерительные элементы, сумматоры и функциональный преобразователь12 .

Недостатком данного устройства  вл етс  то, что он может имитировать только один режим работы батареи - режим разр да, что сужает его функциональные возможности и не позвол ет осуществить замену батареи ее имитатором.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство, имитирующее работу химической батареи, содержащее первый функциональный преобразователь, первый вход которого соединен с выходом счетчика, сумматор, блок задани  начальных условий, нагрузочный элемент регул тор напр жени , накопнтельньй элемент, датчик напр жени , фильтр, датчик тока, блок задани  температурных коэффициентов, усилитель посто нного тока, второй функциональный преобразователь, стабилизатор напр жени , первый вход которого  вл етс  входом устройства, второй вход которого через второй функциональный преобразователь подключен к выходу первого датчика напр жени , вход которого через накопительный элемент соединен с выходом стабилизатора напр жени  и с первом входом регул тора напр жени , выход которого через фильтр Подключен к входу датчика , нагрузочного элемента и второго датчика напр жени , выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен к второму входу регул тора напр жени , второй вход сумматора соединен с выходом

первого функционального преобразовател , второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам блока задани  температурных коэф циентов и усилител  посто нного тока , вход которого соединен с первым входом счетчика и с выходом датчика тока, второй вход счетчика подключен к выходу блока задани  начальных условий Гз J.

Недостатки такого устройства сравнительно низкий КПД, что объ сн етс  наличием в нем обратимых стабилизатора и регул тора, сложность изготовлени  и настройки, что вытекает

из применени  много чейкового регул тора , и сравнительно невысока  надежность, обусловленна  токовыми и мощностными перегрузками силовых элементов и сложностью cxefB i.

В прототипе все  чейки сделаны обратимыми, поэтому в процессе работы в их выходных или входных цеп х (в зависимости от напр жени  передачи энергии) образуютс  короткозамкнутые

контуры. При этом по транзисторам и диодам  чеек протекают значительные неконтролируемые токи, которые снижают КПД и надежность регул тора. В особенной степени данные недостатки

про вл ютс  при работе на вьюоких частотах преобразовани . Аналогичные недостатки присущи и обратимому стабилизатору напр жени , используемому в прототипе в качестве предварительного каскапа регулировани .Потер  КПП в известном имитаторе происхо . пит еще за счет вьтолнени  регул тор на много чейковой основе. При этом часть  чеек находитс  в режиме передачи в требуемом направлении , а часть (определ ема  глубиной регулировани ) работает в рекуперативном режиме, т.е. прокачивает значительные доли энергии внутри регул тора , что существенно снижает КПД имитатора. Недостатком прототипа, вл етс  также его сложность. Это вытекает из того, что, во-первых, в нем присутствуют два контура регулировани  напр жени , что уже усложн ет изготовление и особенно настройку устройства , а, во-вторых, в нем примен много чейковый регул тор, где кажда  чейка оснащена элементами автономного управлени . При этом дл  каждо  чейки требуетс  вьщеление особой зоны работы, что создает значительн трудности при настройке. Цель изобретени  - повышение КПД и упрощение имитатора химической батареи. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в имитатор химической бата реи, содержащий обратимый статическ преобразователь, выходной фильтр и блок управлени , состо щий из датчи ка тока и функционального преобразо вател , один вывод выходного фильтр соединен с первым входом функционального преобразовател  блока управлени  и  вл етс  первым выходом имитатора, второй вывод выходного фильтра подключен к входу датчика тока блока управлени ,первый выход которого  вл етс  вторым выходом им татора , второй выход датчика тока подключен к второму входу функционального преобразовател  блока управлени , введены элементы гальвани ческой разв зки, а обратимый статический преобразователь состоит из пр мого и обратного каналов,причем пр мой канал состоит из последовательно соединенных диодного выпр мител  , релейного транзисторного стабилизатора тока и преобразовател  посто нного напр жени  в посто нное , обратный канал состоит из последовательно соединенных преобразоватех1Я посто нного напр жени  в посто нное, релейного,транзисторного стабилизатора тока и тиристорного инвертору, выходы которого объединены с входами диодного выпр мител  пр мого канала и подключены к сети переменного напр жени , выходы преобразовател  посто нного напр жени  в посто нное пр мого канала и входы преобразовател  посто нного напр жени  в посто нное обратного канала соответственно объединены и подключены к вьгаодам выходного фильтра, а выход функционального преобразовател  блока управлени  через элементы гальванической разв зки подключен к управл кщим входам релейных транзисторных стабилизаторов тока пр мого и обратного каналов. Функциональный преобразователь тока управлени  содержит два сумматора , счетчик ампер-часов,усилитель и усилитель с зоной нечувствительности, / выход которого и вйпсод усилител  подключены к соответствующим входам первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора , второй вход второго сумматора с шиной опорного напр жени , а третий вход второго сумматора  вл етс  первым входом функционального преобразовател , вторым входом которого  вл ютс  объединенные вход усилител  и вход счетчика ампер-часов,выход которого соединен с входом усилител  с зоной нечувствительности, выходом функционального преобразовател   вл етс  выход второго сумматора. На фиг.1 показана ,структурна  схема имитатора химической батареи; на фиг.2 - схема функционального преобразовател . Имитатор состоит из обратимого статического преобразовател  1, включающего пр мой и обратный каналы 2 и 3 передачи энергии, выходного фильтра 4, блока 5 управле1  ,включающего датчик 6 тока и функциональный преобразователь 7, и элементы 8 и 9 гальванической разв зки.Пр мой канал 2 включает диодный выпр митель 10, релейный транзисторный стабилизатор 11 тока, состо щий из силового транзистора 12, обратного диода 13, датчика 14 тока, порогового элемента 15 и. сглаживающего дроссел  16, и преобразователь 17 посто нного напр жени  в посто нное. Обратный канал 3 содержит тиристорный инвертор 18, релейньй транS1 зисторный стабилизатор 19 тока, вклю чающий силовой транзистор 20, обратный диод 21, датчик 22 тока, пороговый элемент 23 и сглаживакщий дроссель 24, и преобразователь 25 посто нного напр жени  в посто нное. Функциональный преобразователь 7 сос тоит из первого сумматора 26,счетчика 27 ампер-часов (САЧ), второго сумматора 28, линейного усилител  29 и усилител  30 с зоной нечувствитель ности. Напр жение с датчика 6 тока, поступает на линейный усилитель 29 и на вход САЧ 27. Выход СЛЧ подключен к входу усилител  30 с зоной нечувствительности . Напр жени  с выходов усилител  30 и линейного усилител  29 суммируютс  сумматором 28 и поступают на сумматор 26. Входы пр мого канала 2 соединены параллельно с выходами обратного канала 3 и подключены к сети переменного трехфазного напр жени . Выходы пр мого канала 2 соединены параллельно с входами обратного канала 3 и подключены к выходному фильтру 4 и выходу имитатора. Входы функционального преобразовател  7 соединены с выходом имитатора и выходом датчика 6 тока, а вы ход через элементы 8 и 9 гальванической разв зки - с управл кмцими входами релейных транзисторных стабилизаторов 11 и 19 тока. Вьтр м тель 10 сетевого напр жени  нагруже через релейньм транзисторный стабил затор 11 тока на вход преобразовател  17 посто нного напр жени  в посто нное, выходы которого  вл ютс выходами пр мого канала. Транзистор 12, диод 13 и дроссель 16 стабилиза тора 11 соединены по схеме пр мого однотактного конвертора, а пороговый элемент 15, св занный по вхоДу с датчиком 14 тока и повыходу с базой транзистора 12, образует схему управлени  релейного стабилизатора 1 1 . Преобразователь 25 обратного канала нагружен через релейный стабил затор 19 тока на вход тиристорного инвертора 18, выходы которого  вл ютс  выходами обратного канала.Тран зистор 20, диод 21, дроссель 24, датчик 22 тока и пороговый элемент 23 соединены таким же-образом,как 3 Ианалогичные элементы стабилиза ора 11. Функциональный преобразователь 7 работает следующим образом. Выходное напр жение линейного усилител  29, пропорциональное величине тока нагрузки, через сумматоры измен ет суммарное опорное напр жение, что приводит в зависимости от направлени  тока нагрузки к увеличению или уменьшению выходного напр жени  имитатора химической батареи (ИХБ). Реализаци  зависимости выходного напр жени  ИХБ от направлени  и величины тока нагрузки позвол ет имитировать действие.внутреннего сопротивлени  на величину напр жени  реального аккумул тора. Выходное напр жение счетчика 27, пропорциональное количеству электричества Q(t), прошедшему через датчик 6 тока, поступает на вход усилител  30 с зоной нечувствительности. Если входное напр жение Q(t) находитс  в пределах от Q. до Q,«, то niln ПЛ1ЧА выходное напр жение равно нулю. Если входное напр жение Q(t) больше то выходное напр жение равно U, k(Q)Q(t), а если Q(t) меньше Q.TO (Q).Q,-Q(t). Имитатор работает следук цим образом . При имитации разр дной характеристики химической батареи работает пр мой канал 2 передачи энергии. Сетевое напр жение вьтр мл етс  вьтр мителем 10 и подаетс  на вход релейного стабилизатора 11. Выходное напр жение последнего преобразуетс  транзисторным преобразователем 17 в посто нное напр жение заданного уровн , которое после сглаживани  фильтром 4 подаетс  на выходные зажимы имитатора. Функциональный преобразователь 7 на основе поступающей в него информации о величине выходного напр жени  имитатора к величине разр дного тока обеспечивает требуемое изменение своего выходного напр жени  Uy,которое через элемент 8 гальванической разв зки управл ет работой стабилизатора 11 тока. Стабилизатор 11 осуществл ет двухпозиционную (релейную) стабилизацию тока дроссел  16 на уровне, определ емом сигналом, приход щим с элемента 8 на вход порогового элемента 15.

В разр дном режиме напр жение на выходе функционального преобразовател  7 всегда положительно, при этом за счет избирательного усилени  присутствует напр жени  только на выходе элемента 8, а на выходе элемента 9 разв зки напр жение равно нулю. Поэтому в указанном режиме стабилизатор 19 обратного канала не пропускает ток (транзистор 20 закрыт) . При имитации зар дной характеристики химической батареи на выходе преобразовател  7 сигнал становитс  отрицательным; при этом напр жение на вьпюде элемента 8 становитс  разным нулю, а на выходе элемента 9 напр жение становитс  отличным от нул  В таком режиме стабилизатор 11 обесточиваетс  (пр мой канал закрываетс ), а стабилизатор 19 осуществл ет двухпозиционную стабш1изащ1ю тока дроссел  24 на уровне, определ емом значением сигнала управлени , поступающего с выхода элемента 9 на вход порогового элемента 23. Дл  обеспечени  нормального процесса передачи энергии с выходных клемм имитатора в сеть трехфазного напр жени  нерегулируемый преобразователь 25 обеспечивает повьшение выходного напр жени  имитатора до необходимого уровн , стабилизатор 19 регулирует величину передаваемой мощности, а тиристорный ведомый сетьн5 инвертор 18 преобразует посто нное напр жение в трехфазное переменное.

Таким образом, имитатор обеспечивает двухсторонний обмен энергией между сетью переменного напр жени  и потребителем со стороны выхода,при этом на выходных клеммах имитатора напр жение зависит от величины и

направлени  протекающего тока, количества ампер-часов, отданньк (прин тых ) имитатором, и других параметров .

Преимущества предлагаемого имитатора по сравнению с прототипом состо т в более высоком КПД, меньшей сложности и большей надежности.

Повьшгение КПД имитатора обусловлено отсутствием в нем обратимых регул торов.

В устройстве отсутствуют обратимые стабилизаторы и регул торы. Так, нерегулируемые преобразователи 17 и 25 выполнены по обычным схемам (мостовым , полумостовым или со средней точкой) и в них принципиально не может быть образовано короткозамкнутых контуров, присущих обратимым схемам. 6 любом из режимов работы предложенного имитатора работает только один из каналов передачи энергии , при этом внутри устройства от сутствует циркул ци  дополнительной (не поступающей в нагрузку) энергии , а потому и отсутствуют дополнительные потери мощности.

Таким образом, КПД предлагаемого имитатора выше, чем КПД прототипа. В имитаторе имеетс  лишь один контур регулировани , охватывающий устройство управлени  и один из каналов передачи энергии. Преобразователи 17 и 25 выполнены нерегулируемыми, а, потому просты в схемном исполнении . Разделение зон работы каналов происходит автоматически в зависимости от пол рности управл ющего напр жени  и.Поэтому имитатор проще известного.

Отсутствие возможности образовани  имитатора и сравнительна  простота делают его более надежным по сравнению с известным.

F

i

ЬГ

SJ

Xl

I Ax .4.

СЭ

v«

CM

Й

5

Era

3

.

,J

Claims (2)

1. ИМИТАТОР ХИМИЧЕСКОЙ БАТАРЕИ, содержащий обратимый статический преобразователь, выходной фильтр и блок управления, состоящий из датчика тока и функционального преобразователя, один вывод выходного фильтра соединен с первым входом функционального преобразователя блока управления и является первым выходом имитатора, второй вывод выходного фильтра подключен к входу датчика тока блока управления, первый выход которого является вторым выходом имитатора, второй выход датчика тока подключей к второму входу функционального преобразователя блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия имитатора и упрощения, он дополнительно содержит элементы гальванической развязки, а обратимый статический преобразователь состоит из прямого и обратного каналов, причем прямой канал состоит из последовательно соединенных диодного выпрямителя, релейного транзисторно го стабилизатора тока и преобразователя постоянного напряжения 'в постоянное, обратный канал состоит из последовательно соединенных преобразователя постоянного напряжения в . постоянное, релейного транзисторного стабилизатора тока и тиристорного инвертора, выходы которого объединены с входами диодного выпрямителя прямого канала и подключены к сети переменного напряжения, выходы преобразователя постоянного напряжения в постоянное прямого канала и входы преобразователя постоянного напряжения в постоянное обратного канала соответственно объединены и подключены к выводам выходного фильтра, а выход функционального преобразователя блока управления через элементы гальванической развязки подключен к управляющим входам релейных транзисторных стабилизаторов тока прямого и обратного каналов.

2. Имитатор по п.1,о т л и чающийся тем,что функциональный преобразователь содержит два сумматора, счетчик ампер-часов,усилитель и усилитель с зоной нечувствительности,вьг ход которого и выход усилителя подключены к соответствующим входам первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход второго сумматора с шиной опорного напряжения, а третий вход второго сумматора является первым входом функционального преобразователя, вторым входом функционального преобразователя являются объединенныё вход усилителя и вход счетчика ампер-часов, выход которого соединен е входом усилитеSU. 1089593 ля с зоной нечувствительности, выходом функционального преобразова теля является выход второго сумматора.