Импульсный регулятор мощности автономной системы электроснабжения Советский патент 1980 года по МПК G05F1/66 

Однако этот регулятор сложен и поэтому недостаточно надежен. Для упрощения и повышения надежности регулятора в предлагаемом импульсном регуляторе мощности автономной системы электроснабжения с солнеч- , ной и аккумуляторной батареями, содержащем силовой каскад,выполненный в виде силового транзистора и LCD-фильтра, и схему управления, включаюмую в себя группу измерительных солнечных элементов, схема управления снабжена ключам, интегратором, источником управляющего напряжения и пороговым элементом, причем измерительные солнечные элементы через ключ подсоединены к неинвертирующему входу ин- 15 тегратора, к инвертирующему входу которого подклю ен источник уппавляющего напряжения, выход интегратора подключен на вход пррогового элемента, а выходы порогового элемента 20 подключены к управляющим цепям ключа и силового транзистора силового каскада. На фиг. 1 дана схема предлагаемо- 25 го регулятора мощности; на фиг. 2 даны графики, поясняющие работу предлагаемого регулятора. Регулятор мощности (РМ) содержит п силовой каскад и схему управления. Силовой каскад состоит из ключевого транзистора 1, LCD-фильтра, состоящего из замыкающего диода 2, дросселя 3 и конденсатора 4. Схема управления включает в себя интегратор 5, пороговый элемент (ПЭ) 6 и ключ 7. Вход РМ подк.гпочен к СБ. СБ состоит из основной группы - силовых солнечных элементов 8, обеспечивающих энергоснабжение, и вспомогательной 40 группы - измерительных элементов 9, схемы управления. Элементы в группах 8 и 9 идентичны, однако группа 9 является маломощной и содержит небольшое .количество элементов. Эле- jjj менты этой группы размещены на панели СБ так, чтобы ольтамперные характеристики обеих групп были подобны и обеспечивалось одинаковое влияние на эти характеристики температуры и JQ освещенности. Выход РМ подключен к . аккумуляторной батарее. 10 и нагрузке 11, Группа силовых солнечных элементов СБ зашунтирована конденсатором 12, К инвертирующему входу интегратора 5 РМ подключено напряжение управления Vy, а к неинвертирующему входу через ключ 7 - напряжение Уд группы 9 СБ. Работает схема следующим образом. 60 Напряжение Уд выбирается таким, чтобы при V,ig вы)1 выполнялось условие Va Vv. EcJtи ключ 7 открыт сигналом с ПЭ 6, на вход интегратора 5 подается разность напряжений V 65 и то гд ср t пи де пр ум ср вк с и от н р а з И в им ж гд си е б y. Напряжение на выходе интеграа увеличивается по закону nW-u,(o)jWu,)(3t t - постоянная времени интегратора;V(о) - напояжение на выходе интегратора в начале рассматриваемого интервала . При значении U, равном порогу батывания ПЭ (в момент времени , последний переключается и заает ключ 7. В это впемя ()dl, (2) При t t на входе интегратора ствует только наппяжение Uy, нажение на .выходе интегратора ньшается по аакону (Vi 1 W При Uf, равном второму порогу батывания ПЭ, последний вновь ючает ключ 7, и цикл повторяется ериодом Т. Учитывая, что V(T)Vr,(o) и u.()-.W-i. (2J и (3) получим Ки,-и) о I, уда .Ju at (6) о о Учитывая,что среднее значение ряжения Од за интервал t,(Уц ) но и , (V) реднее значение напряжения Uy период Т равно u. (6) - (8) получим т Ua,(9) Если управлять транзистором 1 с ода ПЭ импульсами., синхронными с ульсами управления ключом 7, наппяие на выходе РМ равно: (10) Х отНОсит--пъная длительность вкиочения транзистора 1 . Пренебрегая потеря. г эщности в овом каскаде РМ, т . ппинимая КПД, равным 1, можно записать анс мощностей РСБ СБ Jcb V РВЫ , Bwn

откуда с учетом (10)

1 с. -вых /3

Зная вольтамперную характеристику СЕ (пгэ ° формулам (10) и (l2), можно построить вольтамперную характеристику ( Р- с включенной на его входе СБ (см, фиг. 2 а).

Для наиболее эффективного использования СБ значение- выбирают так, чтобы от СБ отбиралась максимальная мощность. Для этого необходимо,- чтобы суммарная вольтамперная характеристика АН и нагрузки - Vgt,n ( пересекала характеристику Vg,, (JBbin ) в точке, соответствующей максимально мощности СБ (см, фиг. 2), Режим максимальной мощности СБ, равной при принятых допущениях максимальному значению мощности Pguix всегда можно создать, деформипуя изменением -j характеристику Vj,biK() (см.фиг,2) Настройка /JJ на режим максимальной мощности осуществляется с помощью величины Vy или Va выражение (9), Величина VQ подбирается выбором необходимого числа последовательно включенных элементов СБ,

С повышением температуры панелей СБ напряжение СБ начинает падать. Согласно (10) и (12) начнет деформироваться также характеристика вых. () Если при этом /J const, в результате такой деформации СБ выходит из режима максимальной отдач мощности, Кривые для такого режима показаны на фиг, 2 пунктирными линиями, Р. - мощность, отдаваемая: СБ в таком режиме. Однако, посколь напряжение Уд измерительных солнечных элементов при повьпиении температуры также падает пропорционально V(.Q , согласно (9) величина f возрастет, что приводит к повышению и снижению . (график (Tgb,x этого случая показан на фиг. 2 а точками) . Режим работы СБ в этом случае соответствует ее максимальной мощности, т.е. в этом случае обеспечивается автоматическое поддержание оптимального режима работы АСЭС без непрерывных поисковых колебаний. Если учесть, что изменение температуры панелей СБ является основной причиной, проводящейк уходу системы от режима максимальной мощности, преложенный РМ обеспечивается достаточно высокая точность регулирования мощности. При этом РМ имеет исклю- . чительно простую схему и как результат -высокую надежность. Последнее обстоятельство особенно важно в АСЭС подвижных оСьектов, необслуживаемых солнечных энергетических установок, предназначенных для питания аппара- туры радиорелейных линий и гид(Ьметеоаппаратуры. Напряжение Vy может быть либо nocTOHHHEJM, либо изменяться для коррекции величины / ппи изменени характеристик АБ, нагрузки и других параметров АСЭС.

Формула изобретения

Импульсный регулятор мощности автономной системы электроснабжения с солнечной и аккумуляторной батареями, содержащий силовой каскад, выполненный в виде силового транзистора и LCD-фильтра и схему управления, включающую в себя группу измерительных солнечных элементов, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности регулятора, схема управления снабжена ключем, интегратором, источником управляюмего напряжения и пороговым элементом, причем измерительные солнечные элементы через ключ подсоединены к неинвертируюшему входу интегратора, к инвертирующему входу которого подключен источник управляющего напряжения, выход интегратора подключен на вход порогового элемента, а выходы порогового элемента подключены к управляющим цепям ключа и силового транзистора силового каскада.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Веденеев Г.М. и др. Статический экстремальный регулятор мощности для автономной системы электроснабжения. - Сб. Повышение эффективности устройств преобразовательной техники . Киев, Наукова думка , 1972, р.4-2, с. 354-ЗЬ8.

2Г. Sussman Merton Tracking solar array maxim jn powor, by sensing array temperature,.Proceeding 4th Jntersociety Energy Conversion Engineerign Conference, Washington, 1969, New Jork, p. 1004-1009.