| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2168827
ЕКСТРЕМАЛЬНИЙ РЕГУЛЯТОР ПОТУЖНОСТІ СОНЯЧНОЇ БАТАРЕИ
Ім'я винахідника: Гордєєв К.Г .; Обруснік П.В .; Поляков С.А .; Шпаковская Г.К.
Ім'я патентовласника: ФГУП Науково-виробничий центр "Полюс"
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 2000.02.08
Пристрій може бути використано для управління силовими перетворювачами енергії в системах електроживлення (СЕП) космічних апаратів з сонячною батареєю (СБ) в якості первинного джерела. Пропонований екстремальний регулятор потужності (ЕРМ) здійснює кроковий пошук напруги СБ, при якому вона генерує максимальну потужність і відповідним чином впливає на силові перетворювачі СЕП з метою підтримки напруги СБ в цій точці. Для вимірювання потужності СБ додатково введено другу реверсивний лічильник, на тактовий вхід якого надходять імпульси частотою, пропорційною струму СБ протягом відрізка часу, пропорційного напрузі СБ, причому протягом одного циклу відбуваються два вимірювання потужності СБ: до і після зсуву робочої точки ВАХ СБ при різних напрямках рахунки другого реверсивного лічильника. Для визначення знака зміни потужності СБ використовується вихід перенесення цього лічильника. Для формування імпульсів частотою, пропорційною струму СБ, застосовується перетворювач напруга - частота, а для отримання відрізків часу з тривалістю, пропорційної напрузі СБ, - компаратор і формувач пилоподібного напруги. Пропоноване пристрій при збереженні цифрового способу обробки інформації про потужності СБ істотно простіше відомих аналогів. У ньому відсутні аналого-цифрові перетворювачі, регістри і цифровий компаратор для зберігання і порівняння інформації про потужності СБ, а й багаторозрядні лінії зв'язку.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до електротехніки і може бути використано для управління силовими перетворювачами енергії в системах електроживлення (СЕП) космічних апаратів з сонячною батареєю (СБ) в якості первинного джерела.
СБ характеризується суттєвою залежністю генерується від напруги. Максимальна ефективність функціонування СЕП космічних апаратів досягається при напрузі на СБ, близькому до оптимального (U СБопт), у всіх режимах експлуатації СЕП, в яких вона повинна генерувати максимальну потужність. Природним умовою екстремального регулювання потужності СБ є відділення силових шин СБ від стабільної шини харчування бортових споживачів і від шини буферного накопичувача - акумуляторної батареї (АБ) силовими перетворюють пристроями. При цьому до складу СЕП вводяться додаткові пристрої, так звані екстремальні регулятори потужності (ЕРМ), службовці для визначення робочої точки, в якій енергія, що генерується СБ, максимальна, і відповідним чином впливають на силові перетворювачі СЕП з метою підтримки напруги СБ в цій точці. На входи ЕРС надходить напруга з датчиків струму і напруги СБ, а напруга на виході ЕРС відповідає значенню напруги, яке необхідно підтримувати на шині СБ силовими перетворюють пристроями СЕП [1].
ЕРС використовує відомий в математиці кроковий спосіб пошуку екстремуму. Алгоритм роботи ЕРС при цьому полягає в наступному:
- Обчислюється і запам'ятовується значення потужності генерується СБ;
- ЕРС, впливаючи на силові перетворюють пристрої СЕП, змінює (збільшуючи або зменшуючи) напруга СБ на деяке значення;
- Обчислюється значення потужності, що генерується СБ при зміненому напрузі;
- Порівнюються запомненное і знову обчислене значення потужності СБ України.
Якщо в результаті зміни напруги СБ її потужність зросла, то на наступному циклі (кроці) роботи ЕРС зміна напруги СБ проводиться в колишньому напрямі, якщо, навпаки, зменшилася - змінюється на протилежне.
Відомий ЕРС СБ в аналого-цифровому виконанні, що містить датчик потужності СБ, побудований на основі двох логарифмічних і одного антілогаріфміческого підсилювача, ємнісний накопичувач для запам'ятовування виміряного значення потужності СБ, компаратор для порівняння поточного і запомненного значень потужності СБ, генератор і лічильник-розподільник, що синхронізують роботу пристрою, реверсивний лічильник і цифроаналоговий перетворювач, що формують на виході пристрою сигнал управління для силових перетворюючих пристроїв СЕП [2].
Цей пристрій має невисоку точність визначення U СБопт через наявність аналогових пристроїв визначення, зберігання і порівняння значень потужності СБ України.
Найбільш близьким до заявленого є ЕРС, в якому зберігання і порівняння інформації про потужності СБ проводиться в цифровому вигляді (фіг. 1) [2].
На фіг. 1 позначено:
1 - масштабуючий підсилювач;
2 - перший аналого-цифровий перетворювач;
3 - перший цифроаналоговий перетворювач;
4 - другий аналого-цифровий перетворювач;
5, 6 - регістри;
7 - цифровий компаратор;
8 - генератор тактових імпульсів;
9 - лічильник-розподільник;
10 - логічний елемент АБО;
11 - логічний елемент І;
12 - тригер;
13 - реверсивний лічильник;
14 - другий цифроаналоговий перетворювач.
Пристрій працює наступним чином.
Напруга, пропорційне току СБ I СБ, надходить на масштабуючий підсилювач 1, після чого перетворюється в цифровий вигляд аналого-цифровим перетворювачем (АЦП) 2 і подається на цифрові входи N цифроаналогового перетворювача (ЦАП) 3. Напруга СБ U СБ надходить на вхід опорної напруги ЦАП 3, включеного за схемою помножуючого ЦАП. Таким чином, аналогове значення напруги на виході ЦАП 3 пропорційно поточним значенням потужності СБ (P СБ = I СБ · U СБ).
На виході АЦП 4 формується n-розрядний цифровий код, відповідний значенням потужності, споживаної від СБ в даний момент.
Генератор тактових імпульсів 8 і лічильник-розподільник 9 синхронізують роботу пристрою.
За тактовому імпульсу з виходу 3 лічильника-розподільника 9 вказаний код "запам'ятовується" в регістрах 5 і 6.
За тактовому імпульсу з виходу 4 лічильника-розподільника 9 змінюється цифровий код Q1-Qm на виході реверсивного лічильника 13 і, відповідно, напруга на виході другого ЦАП 14, тобто на виході пристрою.
При зміні напруги на виході ЕРС силові перетворювачі СЕП починають стабілізувати інше значення напруги СБ, кілька відрізняється від попереднього.
Після зміни положення робочої точки цифровий код, відповідний новому значенням потужності, споживаної від СБ в даний момент, записується в регістр 5 (по сигналу з виходу 7 лічильника-розподільника) і порівнюється цифровим компаратором 7 з попереднім, що зберігаються в регістрі 6. Поява на виході А <в цифрового компаратора 7 логічної "1" означає зниження потужності СВ в результаті крокової зміщення положення робочої точки СБ України. У цьому випадку сигнал з виходу 8 лічильника-розподільника 9 проходить через логічний елемент І 11 на вхід тригера 12 і перекидає його, тим самим змінюючи напрямок рахунку реверсивного лічильника 13.
Якщо, наприклад, до цього часу цифровий код і вихідна напруга ЕРС збільшувалися, то наступний імпульс з виходу 4 лічильника-розподільника 9 призведе до їх зменшення. Відповідно наступне зміщення положення робочої точки СБ відбудеться в іншому напрямку.
У разі, якщо в результаті зсуву положення робочої точки відбулося збільшення потужності СБ (або якщо вона залишилася незмінною), напрямок рахунку не зміниться, оскільки на виході А <В цифрового компаратора буде рівень логічного "0", який забороняє проходження імпульсу з виходу 8 счетчіка- розподільника 9 через логічний елемент І 11. Так відбувається кроковий пошук напруги СБ, при якому вона генерує максимальну потужність.
Недоліком даного пристрою є його складність, обумовлена наявністю двох аналого-цифрових і одного цифроаналогового перетворювача, призначених для вимірювання потужності СБ і перетворення її значення в цифровий код, двох регістрів і цифрового компаратора, що здійснюють запам'ятовування, зберігання і порівняння цифрових кодів, а й великою кількістю внутрішніх ліній зв'язку в пристрої внаслідок необхідності оперувати з багаторозрядних цифровими значеннями потужності СБ (для забезпечення прийнятної точності кількість розрядів n АЦП 2 і 4 має бути не менше восьми).
Пропонований винахід вирішує задачу спрощення пристрою і зменшення кількості внутрішніх ліній зв'язку.
Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в пристрої замість аналого-цифрового і цифроаналогового перетворювачів для вимірювання потужності СБ використовується додатково введений другий реверсивний лічильник, на тактовий вхід якого надходять імпульси з частотою, пропорційною струму СБ, протягом відрізка часу, пропорційного напрузі СБ, причому протягом одного робочого циклу відбувається два вимірювання потужності СБ: до і після зсуву робочої точки при різних напрямках рахунки другого реверсивного лічильника. Для визначення знака зміни потужності СБ використовується вихід перенесення цього лічильника.
Таким чином, з пристрою, крім двох аналого-цифрових і одного цифроаналогового перетворювача, виключені обидва регістра для зберігання інформації про потужності СБ, цифровий компаратор, а й багаторозрядні лінії зв'язку.
Для формування імпульсів частотою, пропорційною струму СБ, використовується перетворювач "напруга-частота", а для отримання відрізків часу тривалістю, пропорційної напрузі СБ, - компаратор і формувач пилоподібного напруги.
Для управління другим реверсивним лічильником в пристрій введені другий логічний елемент І і RS-тригер, призначений для зміни напрямку рахунку лічильника.
На фіг. 2 приведена структурно-функціональна схема пропонованого пристрою на фіг. 3 - приклад його практичної реалізації, а на фіг. 4 - тимчасові діаграми роботи пристрою.
На фіг. 2 позначено:
1 - масштабуючий підсилювач;
8 - генератор тактових імпульсів;
9 - лічильник-розподільник;
10 - логічний елемент АБО;
11 - перший логічний елемент І;
12 - тригер;
13 - перший реверсивний лічильник;
14 - цифроаналоговий перетворювач;
15 - перетворювач "напруга-частота";
16 - другий логічний елемент І;
17 - другий реверсивний лічильник;
18 - формувач пилоподібного напруги;
19 - компаратор;
20 - RS-тригер.
Пристрій працює наступним чином.
На входи пристрою надходять напруга СБ (U СБ) і напруга, пропорційне току СБ (I СБ). Напруга, пропорційне току СБ, подається через масштабуючий підсилювач 1 на вхід перетворювача "напруга-частота" 15, на виході якого формуються імпульси частотою f = до 1 · I СБ, де до 1 - коефіцієнт пропорційності (епюра f на фіг. 4), надходять на перший вхід логічного елемента І 16.
Генератор тактових імпульсів 8 виробляє імпульси частотою f Т (фіг. 4), що надходять на вхід C лічильника-розподільника 9 і формувач пилоподібного напруги 18. Напруга пилкоподібної форми U п (фіг. 4) надходить на один з входів компаратора 19, а на другий вхід надходить напруга СБ України.
Тривалість імпульсів на виході компаратора (епюра К на фіг. 4) пропорційна значенню напруги СБ:
t U = до · U СБ / f Т · U п,
де до - коефіцієнт пропорційності; U п - амплітуда пилкоподібної напруги.
Оскільки f Т і U п постійні значення, то
t U = до 2 · U СБ,
де до 2 = к / f Т · U п - постійний коефіцієнт.
На виході перенесення CO (епюра CO на фіг. 4) другого реверсивного лічильника 17 нормальне напруга високого рівня, тобто логічна "1". Воно переключається на низький рівень (логічний "0"), якщо рахунок на виході став максимальним в режимі додавання (рівень логічної "1" на вході установки напрямки рахунки "± 1") або мінімальним в режимі віднімання (рівень логічного "0" на вході "± 1").
На кожному виході лічильника-розподільника 9 високий рівень логічної "1" з'являється тільки на період тактового імпульсу з відповідним номером N Т, тобто спочатку присутній імпульс на виході 1, потім на виході 2 і т. Д.
Імпульс з виходу 1 (N Т = 1, епюра V1 на фіг. 4) лічильника-розподільника надходить на вхід S RS-тригера і вхід установки нуля R другого реверсивного лічильника 17. Лічильник обнуляється і встановлюється в режим додавання (рівень логічної "1" на вході установки напрямки рахунки "± 1", епюра V2 на фіг. 4).
Імпульс з виходу 3 (N Т = 3) лічильника-розподільника 9 надходить через логічний елемент АБО 10 на третій вхід другого логічного елемента І 16 (епюра V3 на фіг. 4), дозволяючи проходження імпульсів частотою f протягом тривалості t U на тактовий вхід C другого реверсивного лічильника 17 (епюра С на фіг. 4), оскільки на виході перенесення CO другого реверсивного лічильника і, отже, на четвертому вході другого логічного елемента і і рівень логічної "1".
Кількість імпульсів, що проходять на вхід другого реверсивного лічильника 17, і, відповідно, цифровий код, який встановлюється в результаті на виході лічильника, пропорційні значенням потужності СБ:
n U = f · T U = до 1 · I СБ · до 2 · U СБ = до 3 · P СБ,
де до 3 = до 1 · до 2 - коефіцієнт пропорційності,
P СБ = U СБ · I СБ - поточне значення потужності СБ України.
Імпульс з виходу 4 (N Т = 4, епюра V4 на фіг. 4) лічильника-розподільника 9, вступаючи на тактовий вхід C першого реверсивного лічильника 13, змінює цифровий код Q1-Qm на його виході і, відповідно, напруга на виході цифроаналогового перетворювача 14, тобто на виході пристрою.
Силові перетворюючі пристрої СЕП починають стабілізувати нове значення напруги СБ, кілька відрізняється від попереднього. Рівень потужності, що генерується СБ, змінюється.
Новий сталий рівень струму СБ - I 'СБ; сталий рівень напруги СБ - U 'СБ України. Частота імпульсів на виході перетворювача, "напруга-частота" 15 змінюється і стає рівною f = до 1 · I 'СБ України. Тривалість імпульсів на виході компаратора 19 і змінюється і стає рівною t 'U = до 2 · U' СБ України.
По імпульсу з виходу 5 (N Т = 5) лічильника-розподільника 9 RS-тригер 20 встановлює другий реверсивний лічильник 17 в режим віднімання (рівень логічного "0" на вході "± 1").
Імпульс з виходу 7 (N Т = 7) лічильника-розподільника 9 через логічний елемент АБО 10 підступає на третій вхід другого логічного елемента І 16, дозволяючи проходження імпульсів частотою f 'протягом тривалості t' U на тактовий вхід C другого реверсивного лічильника 17 ( оскільки на четвертому вході другого логічного елемента і, як і на виході перенесення CO другого реверсивного лічильника, рівень логічної "1").
Кількість імпульсів, що проходять на тактовий вхід C лічильника 17, пропорційно новому, що змінився значенням потужності СБ:
n 'U = до 3 · P' СБ України.
Припустимо, воно стало менше. Тоді другий реверсивний лічильник 17 в режимі віднімання не досягне мінімального (нульового) значення, і на виході перенесення CO у нього збережеться рівень логічної "1".
Внаслідок цього імпульс з виходу 8 (N Т = 8, епюра V5 на фіг. 4) лічильника-розподільника 9 пройде через перший логічний елемент І 11 на вхід тригера 12, перекине його і змінить напрямок рахунку першого реверсивного лічильника 13, змінивши рівень напруги на його вході установки напрямки рахунки "± 1" (епюра V6 на фіг. 4).
Таким чином, при зменшенні потужності, що генерується СБ, таку зміну напруги СБ по імпульсу з виходу 4 лічильника-розподільника 9 буде в іншу сторону. Тобто, якщо раніше напруга СБ було зменшено, то наступного разу воно буде збільшено.
Далі цикл роботи лічильника-розподільника повторюється.
Імпульс з виходу 1 (N Т = 1 ') обнуляє другий реверсивний лічильник 17 і встановлює його в режимі додавання.
Протягом імпульсу з виходу 3 (N Т = 3 ') відбувається рахунок імпульсів другим реверсивним лічильником 17:
n 'U = до 3 · P' СБ України.
Імпульс з виходу 4 (N Т = 4 ') лічильника-розподільника 9 змінює цифровий код Q1-Qm на виході першого реверсивного лічильника 13 і, відповідно, напруга на виході цифроаналогового перетворювача 14, тобто на виході пристрою.
Силові перетворюючі пристрої СЕП починають стабілізувати нове значення напруги СБ, кілька відрізняється від попереднього. Рівень потужності, що генерується СБ, змінюється.
Сталий рівень струму СБ - I '' СБ; новий сталий рівень напруги СБ - U '' СБ України. Частота імпульсів на виході перетворювача "напруга-частота" 15 змінюється і стає рівною f '' = до 1 · I '' СБ України. Тривалість імпульсів на виході компаратора 19 і змінюється і стає рівною t '' = до 2 · U '' СБ України.
По імпульсу з виходу 5 (N Т = 5 ') лічильника-розподільника 9 RS-тригер 20 встановлює другий реверсивний лічильник 17 в режим віднімання (рівень логічного "0" на вході "± 1").
Імпульс з виходу 7 (N Т = 7 ') лічильника-розподільника 9 через логічний елемент АБО 10 поступає на третій вхід другого логічного елемента І 16, дозволяючи проходження імпульсів часто тієї f' 'протягом тривалості t' 'U на тактовий вхід другого реверсивного лічильника 17 (оскільки на четвертому вході другого логічного елемента і, як і на виході перенесення CO, рівень логічної "1").
Кількість імпульсів, які можуть пройти на вхід лічильника, пропорційно новому змінилося значенням потужності СБ:
n '' U = до 3 · P '' СБ України.
Припустимо вона стала більше. Отже, n '' U> n 'U. Тоді при досягненні в процесі віднімання мінімального (нульового) значення на виході перенесення CO другого реверсивного лічильника 17 з'явиться рівень логічного "0". Цей сигнал, поступово на четвертий вхід другого логічного елемента І 16, заборонить проходження наступних імпульсів з виходу перетворювача "напруга-частота" 15 на тактовий вхід реверсивного лічильника 17. Лічильник зупиниться, на виході перенесення CO збережеться рівень логічного "0". Цей рівень не пропустить через перший логічний елемент І 11 імпульс з виходу 8 (N Т = 8 ') лічильника-розподільника 9. Напрямок рахунку першого реверсивного лічильника 13 не зміниться.
Отже, якщо в результаті зсуву положення робочої точки на вольт-амперної характеристики СБ відбулося збільшення потужності, що генерується СБ, таке зміщення робочої точки буде в тому ж напрямку.
Таким чином, екстремальний регулятор потужності здійснює кроковий пошук напруги СБ, при якому вона генерує максимальну потужність. Пропоноване пристрій при збереженні цифрового способу обробки інформації про потужності СБ істотно простіше відомого, так як в ньому відсутні аналого-цифрові перетворювачі, регістри для зберігання і цифровий компаратор для порівняння сигналів про потужності СБ, а й багаторозрядні лінії зв'язку.
ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ
1. Патент РФ 2101831, H 02 J 7/35, опубл. 10.01.98, БІ N 1, 1998..
2. Варіанти побудови екстремальних крокових регуляторів потужності сонячних батарей / Шіняков Ю.А., Гордєєв К.Г., Черданцев С.П., Обруснік П.В .// Праці ВНІІЕМ. Електромеханічні пристрої космічних апаратів. М., 1997, т. 97, с. 83-92.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Екстремальний регулятор потужності сонячної батареї, що містить масштабуючий підсилювач, вхід якого є першим вимірювальним входом пристрою, тактовий генератор, вихід якого з'єднаний з входом лічильника-розподільника, четвертий вихід якого підключений до тактовому входу першого реверсивного лічильника, третій і сьомий виходи з'єднані зі входом логічного елемента АБО, а восьмий вихід з'єднаний з першим входом першого логічного елемента І, вихід якого через тригер пов'язаний зі входом установки напрямки рахунки першого реверсивного лічильника, виходи якого через цифроаналоговий перетворювач з'єднані з виходом пристрою, який відрізняється тим, що в нього додатково введені перетворювач напруга- частота, другий реверсивний лічильник, формувач пилоподібного напруги, компаратор, RS-тригер, і другий логічний елемент і, причому вихід масштабирующего підсилювача через перетворювач напруга - частота пов'язаний з першим входом другого логічного елемента і, до генератора тактових імпульсів підключений вхід формувача пилоподібного напруги, входом пов'язаного з одним із входів компаратора, другий вхід якого є другим вимірювальним входом пристрою, а вихід підключений до другого входу другого логічного елемента і, третій вхід якого з'єднаний з виходом логічного елемента АБО, а четвертий пов'язаний з другим входом першого логічного елемента і і виходом перенесення другого реверсивного лічильника, тактовий вхід якого підключений до виходу другого логічного елемента і, а вхід установки нуля з'єднаний з першим виходом лічильника-розподільника, до якого підключений і S-вхід RS-тригера, вхід R якого з'єднаний з п'ятим виходом лічильника-розподільника, а вихід підключений до входу установки напрямки лічильника другого реверсивного лічильника.
Версія для друку
Дата публікації 12.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.