Устройство для питания нагрузки постоянным током

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГР ЗКИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ, содержащее секционную солнечную батарею, ком мутаторы секций солнечной батареи, буферную аккумуляторную батарею, датчик контроля заряда и разряда , аккумуляторной батареи, коммутаторы цепи заряда, последовательно включенные датчик освещенности солнечной батареи, элемент НЕ, генератор импульсов , счетчик импульсов и дешифратор , выходы которого подключены к кок9«сутаторам секций солнечной батареи , отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено блоком памяти и анализатором , при этом вход анализатора подключен к выходам счетчика импульсов и блока памяти, выходы анализатора подключены к отключающему и подключающему входам дешифратора, информационный вход блока памяти соединен с выходом счетчика импульсов , а командный вход - с выходом | элемента НЕ. т

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЯ,М

РЕСПУБЛИК

3ЦП Н 02 7 7/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАН ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЗФ (21) 3378594/24-07 (22) 07.01.82 (46) 30.08.83. Бюл. В 32 (72) Д.Г.Белов, С.В.Медведников и И.Т.Перекопский (53) 621.355.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 417871, кл. H 02 У 7/34, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

В 658661, кл. Н 02 J 7/34, 1977 ° (54)(57)УСТРОЙСТВО g3IH ПИТАНИЯ НАГРуЭКИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ, содержащее секционную солнечную батарею, коммутаторы секций солнечной батареи, буферную аккумуляторную батарею, датчик контроля заряда.и разряда аккумуляторной батареи, коммутаторы

„„SU„„, 1038996 A цепи заряда, последовательно включен. ные датчик освещенности солнечной батареи, элемент НЕ, генератор импульсов, счетчик импульсов и дешифратор, выходы которого подключены к коммутаторам секций солнечной батареи, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено блоком памяти и анализатором, при этом вход анализатора подключен к выходам счетчика импульсов и блока памяти, выходы анализатора подключены к отключающему и подключающему. входам дешифратора, информационный вход блока памяти соединен с выходом счетчика импульсов, а командный вход - с выходом Я элемента НЕ.

1038996

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к автоном ным устройствам для питания нагрузки, и может быть применено в системах энергоснабжения с солнечными генера торами, которые значительную часть ресурса работают в условиях положительного энергетического дебаланса, а нагрузка характеризуется относи тельным постоянством.

Известно устройство для питания нагрузки постоянным током, содержащее секционированную солиечную бата-: рею, буферные аккумуляторные батареи узел контроля с датчиками и узлы управления и сравнения, осуществля- 15 ющие соответствующую коммутацию солнечных и буферных батарей на шины питания нагрузки P 1).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является -2О устройство, содержащее секционированную солнечную батарею, коммутаторы секций солнечной батареи, .буферную аккумуляторную батарею (AS), датчик контроля зарада и разряда AS, коммутатор цепи ее заряда, датчик освещенности солнечной батареи с элементом НЕ, генератор импульсов и дешифратор, осуществляющий распределение команд на отключение или подключение секций. j

В указанном устройстве при изменении продолжительности освещения солнечной батареи осуществляется соответсвующая коммутация ее секций, благодаря чему обеспечиваетсй согласование количеств электроэнергии, вырабатываемой солнечной батареей и потребляемой нагрузкой, а частота срабатываний ограничителя и коммутатора заряда AS и количество ее 40 зарядно-разрядных циклов поддержи» вается на уровне номинальных значений f 2).

Недостатком данного устройства является большое количество срабаты" 45 ваний силовых коммутирующих элементов секций солнечной батареи, что при ограниченном их ресурсе снижает надежность его устройства в целом.

Использование традиционных спосо- 0 бов обеспечения требуемой надежности например, резервирования, вызывает .значительное увеличение массы и габаритов устройства и не всегда приемлемо.

Основной задачей известного решения является поддержание энергобаланса при изменении продолжительности теневого участка. Эта цель достигается путем подключения к цепи AS и нагрузке соответствующего @3 количества секций генератора, определяемого дешифратором по числу импульсов, зафиксированных счетчиком. При этом вследствие подсоединения сбросовых входов счетчика и 65 дешифратора к выходу элемента НЕ все подключенные секции генератора в начале каждого теневого участка отключаются, а в конце подключаются в соответствии с сигналом дешифратора.

При такой схемной реализации, если даже продолжительность смежных теневых участков не изменяется, т.е. энерге тически нет необходимости в:изменении количества подключенных секций генератора, все равно два раза за каждый период изменения условий освещенность-.тень происходит коммутация одних и тех же секций генератора. Указанная особенность приводит к избыточному количеству переключений.

Цель изобретения — повышение надежности устройства для питания нагрузки за счет сокращения количества срабатываний силовых коммутаторов секций генератора электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для питания нагрузки постоянным током, содержащее секционнрованную солнечную батарею, коммутаторы секций солнечной батареи, буферную аккумуляторную батарею, датчик контроля заряда и разряда аккумуляторной батареи, коммутаторы цепи заряда, последовательно включенные датчик освещенности солнечной батареи, элемент НЕ, генератор импульсов, счетчик импульсов и дешифратор, выходы которого подключены к коммутаторам секций солнечной батареи, снабжено блоком памяти и анализатором, при этом входы анализатора подключены к выходам счетчика импульсов и блока памяти, выходы анализатора соединены соответственно с отключающим и подключающим входами дешифратора, информационный вход блока памяти соединен с выходом счетчика импульсов, а командный вход - с выходом элемента НЕ.

На чертеже представлена структурная схема „ ñòðoéñòâà.

Устройство содержит солнечный генератор 1 электроэнергии, разде-. ленный на секции. Секция 2 подключена к внешней цепи постоянно, а группа секций, условно показанная на чертеже двумя секциями 3 и 4, через коммутаторы 5 и б, управляемые дешифратором 7. Параллельно генератору 1 электроэнергии через регуля.— тор 8 заряда подсоединена буферная

АБ 9, состояние которой контролируется датчиком 10 контроля заряда и разряда, соединенным с регулятором 8.

Нагрузка включена параллельно AS 9 непосредственно или через дополнительные регулирующие элементы. В состав устройства входят также датчик

11 освещенности, последовательно соединенный с элементом HE 12, гене1038996. ратор 13 и счетчик 14 импульсов, блок 15 памяти и анализатор 16.

Устройство работает следующим образом.

При освещении Солнцем генератор 1 вырабатывает электроэнергию, которая поступает в нагрузку и на заряд буферной AS 9. Энергоотдача постоянно включенной секции 2 генератора 1 выбрана из условия поддержания энергетического баланса при наименьшей продолжительности теневого участка.

При затенении генератора 1 электро1 энергии появляется сигнал на выходе элемента НЕ 12, инвертирующего выходной сигнал датчика 11 освещенности. 15

По этому сигналу запускается генератор 13 импульсов и подается команда на блок памяти для списывания имеющейся там информации в анализатор 16.

После окончания теневого участка . 2О сигнал с элемента НЕ 12 исчезает и выдача импульсов генератором 13 прекращается. Количество импульсов, сос.читанное счетчиком 14, пропорционально продолжительности данного теневого 5 участка.

Это количество импульсов подается на информационный вход блока 15 памяти для запоминания и одновременно подается в анализатор 16. В анализаторе 16 оно сравнивается с количеством импульсов, списанным с блока памяти и пропорциональным продолжительности предыдущего теневого участка.

В зависимости от знака и абсолютного значения разности между количествами импульсов, пропорциональнщаи длительностям данного и предыдуще,го теневых участков, подается соответствующее количество импульсов на 40 отключающий (знак "-")или подключающий (знак "+") входы дешифратора 7. Дешифратор 7 выдает команды на коммутаторы 5 и 6 для отключения. или подключения необходимого коли- 45 чества секций 3 и 4 генератора 1 электроэнергии. °

Так, например, если, данный теневой участок продолжительнее предыдущего на величину 6N, соответству- 5р ющую количеству энергии от одной секции генератора 1, с выхода анализатора 16 подается единичный сигнал на подключающий вход дешифратора 7, который подключает какую-либо сек- 55 цию 4 параллельно секции 2 для компенсации уменьшения поступающей в нагрузку энергии, вызванного увеличением теневого участка.

При максимальной продолжительности теневого участка все секции

3 и 4 подключены параллельно секции 2.

Таким образом, в конце теневого участка коммутируются не все подклю- ченные секции 3 и 4. генератора 1, а 65 только те, которые необходимы для компенсации в энергетическом балансе положительного (отрицательного) приращения продолжительности теневого участка.

Ввиду .того, что по ряду факторов . (например технологический разброс параметров элементов устройства) невозможно обеспечить идеально точное поддержание энергобаланса, защита АБ 9 от перезаряда и глубокого разряда осуществляется регулятором 8 по сигналам датчика 10 контроля заряда и разряда.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение надежности за счет сокращения количества срабатываний коммутатора секций.

Сравнение режимов коммутации секций генератора в изВестном случае и в предлагаемом устройстве поясняется анализом их поведения на характерных участках функционирования. В известном устройстве в начале участка отключаются все ранее включенные секции генератора, в течение теневого участка, все коммутируемые секции находятся в отключенном состоянии, в конце теневого участка подключаются секции генератора, соответствующие его продолжительности (если продолжительность не изменилась, то это те же секции, которые отключились в начале теневого участка). В предлагаемом устройстве в начале и конце теневого участка никаких коммутаций секций генератора не производится, в течение теневого участка секции, которые были подключены ранее, остаются во включенном состоянии, в начале освещенного участ. рса подключаются (отключаются) допол- нительные секции генератора только в случае, если произошло соответствующее изменение продолжительности теневого участка по сравнению с предыдущим циклом работы устройства.

В противоположном случае в предлагаемом устройстве никаких коммутаций не. производится вовсе.

Положительный эффект от примене, ния изобретения-заключается в повы шении надежности предлагаемого уст-, ройства за счет сокращения количества срабатываний коммутаторов секций генератора электроэнергии без сниже.ния качества поддержания энергетического баланса.

Эффективнооть предлагаемого устройства подтверждается количественной оценкой, проведенной для случая использования его в течение 12 мес в составе высокогорной автоматической метеостанции, расположенной на

40 северной широты. Результаты оценки при пяти коммутируемых секциях

1038996

Составитель И. Найдина

Редактор A. Мотыль Техред М.Тепел КоРРектоР В, Гирняк

Заказ б238/58 Тираж 617 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная,,4 солнечного генератора электроэнергии показывает, что количество срабатываний коммутаторов существенно умень-, мено (10 против 2200), что в итоге обеспечивает предлагаемому устройству более высокую надежность.