Имитатор химической батареи

 

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 подключен к второму входу функционального преобразователя блока управления , о.т л ич ающи и с я тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия имитатора и упрощения , он дополнительно содержит элементы гальванической развязки, а об ратимый статический преобразователь состоит из прямого и обратного каналов , причем прямой канал состоит из последовательно соединенных диодного выпрямителя, релейного транзисторного стабилизатора тока и преобразователя постоянного напряжения в постоянное , обратньй 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 i соответственно объединены и под (О ключены к вьшодам выходного фильтра, а выход функционального преобразоваС теля 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 ли ч а ющ и и с я 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 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 объединенные вход усилителя и вход счетчика ампер-часов, выход которого соединен с входом усилите

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (111

3(511 G 06 G 7/63

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР, ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3530971/18-24 (22) 03.11.82 (46) 30.04.84. Бюл. Р 16 (72) Н.И. Дуплин, С.P. Иванов, Н.С. Некипелов, С.И. Орлов и Н.Я. Пинигин (53) 681.3 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 432540, кл. G 06 G 7/48,. 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 586470, кл. С 06 0 7/62., 1976.

3. Авторское свидетельство СССР

У 734742, кл. G 06 С 7/63, 1977 (прототип). (54) (57) 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 подключен к второму входу функцио-. нального преобразователя блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия имитатора и упрощения, он дополнительно содержит элементы гальванической развязки, а об-. ратимый статический преобразователь состоит as прямого и обратного каналов, причем прямой канал состоит из последовательно соединенных диодного выпрямителя, релейного транзисторноro 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 гранзисторных стабилизаторов тока прямого и обратного каналов.

2. Имитатор по п.1,о т л и ч а юшийся тем,что функциональный преобразователь содержит два сумматора, счетчик ампер-часов, усилитель и усилитель с зоной нечувствительности, вь ход которого и выход усилителя под-. ключены 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 объединенные вход усилителя и вход счетчика ампер-часов, выход которого соединен е входом усилителя с зоной нечувствительности, вы" ,ходом функционального преобразова1089593 тестя является выход второго сумматора.

Изобретение относится к технике моделирования процессов в электротехнических системах и может быть использовано для исследования систем электроснабжения, источником питания которых является химическая батарея.

Известно устройство, имитирующее работу химической батареи и состоящее из сумматора, усилителей и интеграторов Г11.

Однако данное устройство не позволяет имитировать вольт-ампер-часовые характеристики химических батарей в Реальном масштабе напряжений и токов, что исключает воэможность непосредственной замены батареи ее имитатором.

Известно также устройство, имитирующее работу химической батареи,состоящее из усилителя мощности, выход которого подключен .к нагрузочному элементу, а управляющий вход — к выходу устройства управления, содержащее измерительные элементы, сумматоры и функциональный преобразователь Г2 3.

Недостатком данного устройства является то, что он может имитировать только один режим работы батареи — режим разряда, что сужает его функциональные возможности и не позволяет осуществить замену батареи ее имитатором.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, имитирующее работу химической батареи, содержащее первый функциональный преобразователь, первый вход которого соединен с выходом счетчика, сумматор, блок задания начальных условий, нагрузочный элемент, регулятор напряжения, накопительный элемент, датчик напряжения, фильтр, датчик тока, блок задания температурных коэффициентов, усилитель постоянного тока, второй функциональный преобразователь, стабилизатор напряжения, первый вход которого является входом устройства, второй вход кото2 рого через второй функциональный преобразователь подключен к выходу первого датчика напряжения, вход которого через накопительный элемент соединен с выходом стабилизатора напряжения и с первым входом регулятора напряжения, выход которого через фильтр подключен к входу датчика гока, нагрузочного элемента и второго10 датчика напряжения, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен к второму входу регулятора напряжения, второй вход сумматора соединен с выходом первого функционального преобразователя, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам блока задания температурных коэффициентов и усилителя постоянного тока, вход которого соединен с первым входом счетчика и с выходом датчика

1 тока, второй вход счетчика подключен к выходу блока задания начальных условий f33.

25 .

Недостатки такого устройства— сравнительно низкий КПД, что объясняется наличием в нем обратимых стабилизатора и регулятора, сложность изготовления и настройки, что вытекает

ЗО из применения многоячейкового регулятора,.и сравнительно невысокая надежность, обусловленная токовыми и мощностными перегрузками силовых элементов и сложностью схемы.

З5 В пРототипе все ячейки сделаны обратимыми, поэтому в процессе работы в их выходных или входных цепях (в зависимости от напряжения передачи энергии) образуются короткозамкнутые

4О контуры. При этом по транзисторам и диодам ячеек протекают значительные неконтролируемые токи, которые снижают КПД и надежность регулятора. В особенной степени данные недостатки

45 проявляются при работе на высоких частотах преобразования. Аналогичные непостатки присущи и обратимому стабилизатору напряжения, используемому в прототипе в качестве препвари3 1089 тельного каскада регулирования. Потеря КПП в известном имитаторе происхо,дит еще за счет выполнения регулятора на многоячейковой основе. При этом часть ячеек находится в режиме 5 передачи энергии в требуемом направлении, а часть (определяемая глубиной регулирования) работает в рекуперативном режиме, т.е. прокачивает значительные доли энергии внутри ре- 10 гулятора, что существенно снижает

КПД имитатора.

Недостатком прототипа. является также его сложность. Это вытекает

15 из того, что, во-первых, в нем присутствуют два контура регулирования напряжения, что уже усложняет изготовление и особенно настройку устройства, а, во-вторых, в нем применен .20 многоячейковый регулятор, где каждая ячейка оснащена элементами автономного управления. При этом для каждой ячейки требуется выделение особой зоны работы, что создает значительные трудности при настройке.

Цель изобретения — повышение КПД и упрощение имитатора химической батареи.

Поставленная цель достигается тем, что в имитатор химической батареи, содержащий обратимый статический преобразователь, выходной фильтр и блок управления, состоящий Из датчика тока и функционального преобразователя, один вывод выходного фильтра З 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 подключен к второму входу функционального преобразователя блока управления, введены элементы гальванической развязки, а обратимый статический преобразователь состоит из прямого и обратного каналов, причем прямой канал состоит иэ последовательно соединенных диодного выпрямителя, релейного транзисторного стабилизатора тока и преобразователя постоянного напряжения в постоянное, обратный канал состоит иэ последовательно соединенных преобразователя постоянного напряжения в постоянное, релейного,транзис593 4 торного стабилизатора тока и тирис- торного 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 объедииены 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.

Функциональный преобразователь тока управления содержит два сумматора, счетчик ампер-часов, усилитель и усилитель с зоной нечувствительности,, выход 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 которого являются объединенные вход усилителя и вход счетчика ампер-часов,выход которого соединен с входом усили.теля с зоной нечувствительности, выходом функционального преобразователя является выход второго сумматора.

На фиг.1 показана, структурная схема имитатора химической батареи; на фиг.2 — схема функционального преобразователя.

Имитатор состоит иэ обратимого статического преобразователя 1, включающего прямой и обратный каналы

2 и 3 передачи энергии, выходного фильтра 4, блока 5 управления,включающего датчик 6 тока и функциональный преобразователь 7, и элементы

8 и 9 гальванической развязки.Прямой канал 2 включает диодный выпрямитель 10, релейный транзисторный стабилизатор 11 тока, состоящий из силового транзистора 12, обратного диода 13, датчика 14 тока, порогового элемента 15 и сгдаживающего дросселя 16, и преобразователь 17 постоянного напряжения в постоянное.

Обратный канал 3 содержит тиристорный инвертор .18, релейный тран1089593

Напряжение с датчика 6 тока поступает на линейный усилитель 29 и на вход САЧ 27. Выход САЧ подключен к входу усилителя 30 с зоной нечувствительности. Напряжения с выходов усилителя 30 и линейного усилителя

29 суммируются сумматором 28 и поступают на сумматор 26.

Входы прямого канала 2 соединены параллельно с выходами обратного канала 3 и подключены к сети переменного трехфазного напряжения. Выходы прямого канала 2 соединены параллельно с входами обратного канала 3 и подключены к выходному фильтру 4 и выходу имитатора.

Входы функционального преобразователя 7 соединены с выходом имитатора и выхоцом датчика 6 тока, а выход через элементы 8 и 9 гальванической развязки — с управляющими 5 входами релейных транзисторных стабилизаторов 11 и 19 тока. Выпрямитель 10 сетевого напряжения нагружен через релейный транзисторный стабилизатор 11 тока на вход преобразова40 теля 17 постоянного напряжения в постоянное, выходы которого являются выходами прямого канала. Транзистор

12, диод 13 и дроссель 16 стабилизатора 11 соединены по схеме прямого

45 однотактного конвертора, а пороговый элемент 15, связанный по вхоДу с датчиком 14 тока и повыходу с базой транзистора 12, образует схему управления релейного стабилизатора tt.

Преобразователь 25 обратного канала нагружен через релейный стабилизатор 19 тока на вход тиристорного инвертора 18, выходы которого являются выходами обратного канала.Транзистор 20, диод 2 1, дроссель 24, датчик 22 тока и пороговый элемент 23 соединены таким же образом,как зисторный стабилизатор 19 тока, включающий силовой транзистор 20, обратный диод 2t, датчик 22 тока, порого.вый элемент 23 и сглаживающий дроссель 24, и преобразователь 25 пос- 5 тоянного напряжения в постоянное.

Функциональныи преобразователь 7 состоит из первого сумматора 26,счетчика 27 ампер-часов (САЧ), второго сумматора 28, линейного усилителя 29 и уаилителя 30 с зоной нечувствительности. и аналогичные элементы стабилиза о- ра 11.

Функциональный преобразователь 7 работает следующим образом.

Выходное напряжение линейного усилителя 29, пропорциональное величине тока нагрузки, через сумматоры изменяет суммарное опорное напряжение, что приводит в зависимости от направления тока нагрузки к увеличению или уменьшению выходного напряжения имитатора химической батареи (ИХБ).

Реализация зависимости выходного напряжения ИХБ от направления и величины тока нагрузки позволяет имитировать действие внутреннего сопротивления на величину напряжения реаль. ного аккумулятора.

Выходное напряжение счетчика 27, пропорциональное количеству электричества Q(t), прошедшему через датчик 6 тока, поступает на вход усилителя 30 с зоной нечувствительности.

Если входное напряжение Q(t) находится в преДелах от Q до Q то

ФМ Ф 1 выходное напряжение равно нулю. Если входное напряжение Q(t) больше 0 тМх, то выходное напряжение равно Н, =

= 1c„(Q)(Q(t)-Qa,àõ3, à если Q(t) меньше Q °, To Б )=к (Ц)(0 -Я(С)).

Имитатор работает следующим образом.

При имитации разрядной характеристики химической батареи работает прямой канал 2 передачи энергии. Сетевое напряжение выпрямляется выпрямителем 10 и подается на вход релейного стабилизатора 11. Выходное напряжение последнего преобразуется транзисторным преобразователем 17 в постоянное напряжение заданного уровня, которое после сглаживания фильтром 4 подается на выходные зажимы имитатора.

Функциональный преобразователь 7 на основе поступающей в него информации о величнне выходного напряжения имитатора и величине разрядного тока обеспечивает требуемое изменение своего выходного напряжения Н,которое через элемент 8 гальванической развязки управляет работой стабилизатора 11 тока.

Стабилизатор 11 осуществляет двухпозиционную (релейную) стабилизацию тока дросселя 16 на уровне ° определяемом сигналом, приходящим с элемента 8 на вход порогового элемента 15.

1089593

В разрядном режиме напряжение на выходе функционального преобразователя 7 всегда положительно, при этом за счет избирательного усиления присутствует напряжения только на выходе элемента 8, а на выходе элемента 9 развязки напряжение равно нулю. Поэтому в указанном режиме стабилизатор 19 обратного канала не пропускает ток (транзистор 20 . закрыт).

При имитации зарядной характеристики химической батареи на выходе преобразователя 7 сигнал становится отрицательным, при этом напряжение 15 на выходе элемента 8 становится равным нулю, а на выходе элемента 9 напряжение становится отличным от нуля.

В таком режиме стабилизатор 11 обесточивается (прямой канул закрыва- 20 ется), а стабилизатор 19 осуществляет двухпозиционную стабилизацию тока дросселя 24 на уровне, определяемом значением сигнала управления, поступающего с выхода эле- 25 мента 9 на вход порогового элемента 23. Для обеспечения нормального процесса передачи энергии с выходных клемм имитатора в сеть трехфазного напряжения нерегулируемый Зо преобразователь 25 обеспечивает повышение выходного напряжения имитатора до необходимого уровня, стабилизатор 19 регулирует величину передаваемой мощности, а тиристорный

35 ведомый сетью инвертор 18 преобразует постоянное напряжение в трехфазное переменное.

Таким образом, имитатор обеспечивает двухсторонний обмен энергией

40 между сетью переменного напряжения и потребителем со стороны выхода,при этом на выходных клеммах имитатора напряжение зависит от величины и направления протекающего тока, количества ампер-часов. отданных (принятых) имитатором, и других параметров °

Преимущества предлагаемого имита-тора по сравнению с прототипом состоят в более высоком КПД, меньшей сложности и большей надежности.

Повышение КПД имитатора обусловлено отсутствием в нем обратимых регуляторов.

В устройстве отсутствуют обратимые стабилизаторы и регуляторы. Так, нерегулируемые преобразователи 17 и

25 выполнены по обычным схемам (мос- товым, полумостовым или со средней точкой) и в них принципиально не мо" жет быть образовано короткозамкнутых контуров, присущих обратимым схемам. В любом из режимов работы предложенного имитатора работает только один из каналов передачи энергии, при этом внутри устройства отсутствует циркуляция дополнительной (не поступающей в нагрузку) энергии, а потому и отсутствуют дополнительные потери мощности.

Таким образом, КПД предлагаемого имитатора выше, чем КПД прототипа.

В имитаторе имеется лишь один контур регулирования, охватывающий устройство управления 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 полярности управляющего напряжения U> .Поэтому имитатор проще известного.

Отсутствие возможности образования имитатора и сравнительная простота делают его более надежным по сравнению с известным.

1089593

1089593

Тираж 999 Подписное

ВНИИПИ Гасударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2936/46

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проекгная,4

Составитель В. Фукалов

Редактор С. Пекарь . Техред Д,Мартящова Корректор М. 16ароши