Устройство для моделирования аккумуляторной батареи Советский патент 1980 года по МПК G06G7/63 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, вчастности к аналоговым вычислит ель ньал машинам для специальных электрических устройств, и может быть использовано дЛя имитации вольтамперчасовых характеристик химических источников тока (ХИТ) при проведении комплексных испытаний систем электропитания и электрооборудования объекта.

Известно устройство для моделирования аккумулятора i, содержащее инвертор, блок задания коэффициентов, функциональный преобразователь, блок дел&ния, икгегратор, сумматоры и контакты, позволяющее моделировать переходные процессы в аккумуляторе и зависимскугь установившегося значения ЭДС поляризации от величины и знака тока в аккуму ляторе. Однако данное устройство не позволяет имитировать вольтамперчасоBbie характеристики ХИТ в реальном масштабе напряжений и TOKOBJ кроме того, при моделировании не учитываются

изменения внутреннего Сопротивления и ЭДС поляризации в зависимости от т&кушего значения емкости в температуры окружающей среды моделируемой аккумуляторной батареи. Наличие переключаюпдихся контактов, необходимых для моделирования перекода аккумуляторной батареи из однохх режима в другой| не позволяет использовать устройство при моделировании буферного режима работы

10 ХИТ.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство, содержащее усилитель моищооти, выход которого подключен к нагру15зочному элементу а один из входов через усилитель напряжения к выходу сумматора, измерительный элемент, подключенный к выходу нагрузочного элемента, дополнительный усилитель на20пряжения, вход которого объединен со входом счетчика и усилителя моишост{1 и подключен к выходу измерительного .элемента. Выход дополнительного усилителя напряжения соединен с первььмнходом блока здцания начальньгх условий, второй аход которого через первый функциональный преобразователь по; ключен к выходу счетчика- блок задания началь ных условий через второй функциональный преобразователь соединен с первым

ВХОДОМ сумматора 2 ,

Описанное устройство предназначено для имитации одного режима работы ХИТ режима разряда, что существенно сужает его функционал-ьные возможности. Кроме того, устройство не обеспеч.ивает достаточной точности моделирования аккумуляторной бйтареИе

Цель изобретения повышение точности моделирования.

Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее первый функциональный преобразователь, первый вход которого соединен с выходом счет4HKaj сумматору блок задания начальных условий и нагрузочный элемеьгг, введены регулятор напряжения, накопительный элемент, датчики напряжения, фильтр датчик тока, блок задания температурных коэффициентов, усилитель постоянного тока, второй функциональный преобразоватапь и стабилизатор напрянсения. Первый аход. стабилизатора является

, входом устройства, второй вход стабилизатора напряжения через второй ф;ункциональный преобразователь подключен к выходу первого датчика напряжения, Вход первого датчика напряжения через накопительный элемент соединен с выходом стабилизатора напряжения и с первым входом регулятора напряжения, Еькод которого через фильтр, подключен ко входам датчика тока нагрузочного элемента и второго датчика напряжения. Выход второго датчика напряжения соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен ко второму входу регулятора напряжения. Второй вход сумматора соединен -с выходом первого фущщионального преобразователя, второй и третий аходы которого подключены соответственно к выходам блока задания температурных коэффициентов и усилителя постоянного тока. Вход усилителя соединен с первым входом счетчика и с выходом датчика тока, второй вход счетчика подключен к выходу блока задания начальных условий, Регул5ггор напряжения содержит пороговые элементы, фазосдвигающие элчменты, задающий генератор, цепочку

ИЗ последовательно соединенных выпрямительных мостов, переключатели. Каждый переключатель подключен параллельно плечу соответствующего выпрямительного моста, в диагональ каждого из которых включена первичная обмотка соответствующего трансформатора. Вторичные обмот ки трансформаторов соединенны псследоватапьно, средний вывод цепочки из последовательно соединенных вторичных обмоток трансформаторов подключен к выходу регулятора напряжения. Первый вход регулятора напряжения соединен с диагональю первого выпрямительного МОСТ0, управляющие аходы переключателей которого подключены к первому выходу задающего генератора, второй выход которого соединен с первыми аходами фазосдвигающи-х элементов. Выходы фазосдвигающих элементов подключены к управляющим аходам двух переключателей соответствующего выпрямительного моста, вторые вхрды фазосдвигающих элементов попарно подключены к первым и вторым выходам соответствующих пороговых элементов, входы которых объединены и являются вторым входьм регулятора напряжения. Третий выход задающего генератора соединен с управляющими входами двух выходных переключателей, каждый из которых подключен параллельно соответствующим выпрямительным элементам, последовательно соединенным между собой и соединенным с крайними выводами цепочки из последовательно соединенных вторичных обмоток трансформаторов,

На чертеже приведена функциональная схема устройства,

. Устройство содержит датчик тока 1, подсоединенный своим вьхходом ко входам усилителя 2 постоянного тока и счетчика 3 (количества электрической энергии имитируемой аккумуляторной батареи), выходы которых подключены к управляющим аходам функционального преобразователя 4, усилитель мощности, выполненный в виде последовательно соединенных стабилизатора 5, накопительного элемента 6, датчика напряжения 7 на его выходе, быстродействующего регулятора напряжения 8 с промежуточным высокочастотным преобразованием на полностью управляемых элементах, фильтр 9, второй датчик напряжения 10, нагрузочный элемент 11, Выход датчика напряжения 7 через функциональный

преобразователь 12 подключен к управ1шощему входу стабилизатора 5, а вы ход второго датчика напряжения 10 через сумматор 13, ко второму входу которого подсоединен вькод функционального преобразователя 4, подсоединен к управляющему входу регулятора напряжения 8. К одному из управляющих входов функционального преобразователя 4 подключен выход блока 14 задания температурных коэффициентов, а ко второму аходу счетчика 3 - выход блока 15 задания начальных условий, являющегося задатчиком времени и штации,

Бьютродействующий регулятор напряжения 8 содержит п -V 1 параллельно включенных выпрямительных мостов 16, переключатели 17-1 - 17-4, фазосдвигаюише элементы 18-1 - 18 П i пороговые элементы 19-1 - 19 п, задающий генератор 20, трансформаторы 21, выпрямительные элементы 22, вьсходные переключатели 23.

Устройство работает следуюишм обрагзом С датчика 7 напряжение обратной связи через преобразователь 12, где оно сравнивается с задающим напряжением, поступает -на управляющий аход стабилизатора 5. При имитсщии вольт- амперчасовых характеристик в режиме заряда аккумулятора, когда энергия потребляется из цепи нагрузочного элемента 11, ЭДС первичных обмоток трансформаторов превышает величину напряжения на выходе стабилизатора 5, который, осуществляй стабилизацию напряжения . емкостном накопительном элементе 6, обеспечивает рекуперацию энергии из цепи нагрузочного элемента 11 в сеть.

При имитации вольтамперчасовых характеристик в режиме разряда, когда энергия потребляется из сети в цепь нагрузочного элемента 11, противо-ЭДС цепи нагрузки ниже суммарной ЭДС вторичных обмоток согласующих трансформаторов, определяемой величиной напряжения на выходе стабилизатора 5, и энергия, поступающая в нагрузку, потребляет- ся из сети.

Напряжение управления Uy регулятора напряжения формируется следующим образом. Напряжение, пропорциональное величине тока нагрузки, с датчика тока 1 поступает на усилитель 2 постоянного тока и на счетчик 3, С выхода усилителя 2 напряжение, пропорциональное току нагрузки, подается на функциональный преобразователь 4. С вькода счетчика

3 на преобразователь 4 поступает вапрянсение, пропорциональное количеству электрической энергии и штиpy8Moй аккумуляторной батареи. Блок 15, соединенный со счетчиком 3, позволяет изменять масштаб времени икштации, за которое реальный ХИТ либо отдает, либо накопит нокшнальную величину эйектрической энергии. С блока 14 напряжение, пропорциональное температуре окружающей среды имитируемой аккумуляторной батареи, поступает на вход функционального преобразователя 4. На выходе преобразователя 4 формируется напряжение, являющееся функцией тока нагрузки, текущего значения количества электрической энергии и температуры окружающей среды имитируемой аккумуляторной батареи, которое поступает на сумматор 13, где сравнивается с напряжением обратной связи, поступающим с датчика напряжения 1О, и подается на управляющий вход быстродействующего регулятора напряжения 8.

Регулирование величины ВЬЕХОДНОГО напряжения осуществляется следующим образом. При отсутствии напряжения управления U у контакты всех переключателей замыкаются синфазно, и на элементе 11 фop шpyeтcя неискаженное, максимальное по величине напряжение, равное cybiMe напряжений всах вторичных обмоток согласующих трансформаторов.

При подаче напряжения Uy , превьш1ак щего по величине первый задаваемый пороговым элементом 19-1 уровень, появляется потенциал на входе фазосдвигарщих элементов 18-1 и 18-1д, что приводит к сдвигу выходных импульсов элемента 18-1у в сторону задержки и в сторону опережения выходных, импульсов элемента 8-1,. В этом случае на части временного интервала периода несущей частоты задающего генератора происходит синфазное замыкание переключателей 17-2, 17-3 в первый полу период и переключателей 17-4, 17-1-во второй период, что приводит к закорачиванию на этих интервалах первичной обмотки А/, согласующего трансформатора, а выходное напряжение уменьшается на величину напряжения, трансформируемого во вторичную цепь обмотками W 2 и V/ з этого трансформатора. Дальнейшее увеличеш1е управляющего напряжения U у приведет к тому, что при определенном угле регулирования работающих фазосдвигающих элементов обмотка М будет закорочена в течение всего периода,- а затем она будет включаться в противо фазе с остальными и ЭДС обмоток Wa и Wa будет вычитаться из суммы ЭДС всех остальных обмоток. Дальнейшее увеличения напряжения U у приведет к аналогичным операциям с остальными регулируемыми инверторами. Таким образом, при наличии п регулируемых ячеек обеспечивается на выходе 2 п зон регулирования выходного напряжения, которое в процессе регулирования проходит 2 п+1 неискаженных уровней. Максимальные импульсные искажения на выходе не превышают величины напряжения вторичной обмотки одно ячейки. За счет этого, а также благодаря промежуточному высокочастотному преобразованию потока энергии, осушествляемому ячейками регулятора, при минимапьньк фильтрах обеспечивается высокое качество выходного напряжения и реализуется имитация аккумуляторной батареи в быстропротекающих динамических режимах Таким образом, устройство позволяет имитировать вольт-амперчасовые характеристики химических источников тока в зарядном, разрядном и буферном режимах работ с высокой точностью как в стати еских, так и динамических режимах Формула изобретения 1. Устройство для моделирования акк мупяторной батареи, содержащее первый функциональный преобразователь, первый аход которого соединен с выходом счетчика, сумматор, блок задания начальных условий и нагрузочный элемент, отличающееся тем, что, с целью повы шения точности, в устройство введены регулятор напряжения, накопительный эле мент, датчики напряжения, фильтр, датчи тока, блок задания температурных коэффи двентов, усилитель постоянного тока, вто ре функциональный преобразователь и стобвпвзатор напряжения, первый вхо которого 51влявтся входом устройства, второй вход стабилизатора напряжения через второй функциональный преобразователь подключен к выходу пе} вого датчика напряжения, вход которого через накопительный элемент соединен с выходом стабилизатора напряжения и с первым входом регулятора напряжения. выход которого через фильтр подключен ко входу датчика тока, нагрузочного элемента и второго здатчика напряжения выход которого соединен с первым входом. сумматора, выход которого подключен ко второму входу регулятора напряжения, второй вход сумматора соединен с выходом первого функционального преобразователя, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам блока задания тег тературных коэффициентов и усилитепя постоянного тока, вход которого соединен с первым входом счетчика и с выходом датчика тока, второй вход счетчика подключен к выходу блока задания начальных условий,.. 2, Устройство по п, 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что регулятор напряжения содержит пороговые элемешгы, фазосдвигающие элементы, задающий генератор, цепочку из последовательно соединенных выпрямительных мостов, переключатели, каждый из которых подключен параллельно плечу соответствующего выпрямительного моста, в диагональ каждого из которых В1слючена первичная обмотка соответствующего трансформатора, вторичные обмотки трансформаторов соединены последовательно, средний вывод цепочки из последовательно соединенных вторичных обмоток трансформаторов подключен к выходу регулятора напряжения, первый вход которого соединен с диагональю первого выпрямительного моста, управляющие входы переключателей которого подключены к первому выходу задающего генератора, второй выход которого соединен с первыми входами фазосдвигающих элементов, выходы которых подключены к управляющим входам двух переключателей соответствующего выпрямительного моста, вторые входы фазосдвигающих элементов попарно подключены к первым и вторым выходам соответствующих пороговых элемеигов, входы которых объединены и являются вторым входом регулятора напряжения, третий выход задающего генератора соединен с управляюпшмн входами двух выходных переключателей, каждый из которых подключен параллельно соответствующим выпрямительным элементам, последовательно соединенным между собой и соединенным с крайними выводами цепочки из последовательно соединенных вторичных обмоток трансформаторов.

975474210

Источники информации,2, Авторское свидетельство СССР-

принятые во внимание при экспертизепо заявке № 23О8431/18-24,

1. Авторское свидетельство СССРкл. Q Об G 7/63, 1976, по которой

№ 43254О, кл. Q 06 G 7/48, 1973.принято положительное решение (прототип).