| 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 RU2279705
СПОСІБ ХАРЧУВАННЯ НАВАНТАЖЕННЯ ВІД СОНЯЧНОЇ БАТАРЕИ
Ім'я винахідника: Чернишов Олександр Іванович (RU); Казанцев Юрій Михайлович (RU); Лекарев Анатолій Федорович (RU); Поляков Сергій Олександрович
Ім'я патентовласника: Федеральне державне унітарне підприємство "Науково-виробничий центр" Полюс "
Адреса для листування: 634050, Томськ, пл. Кірова, 2, ФГУП НВЦ "Полюс"
Дата початку дії патенту: 2004.09.20
Заявляється технічне рішення відноситься до автоматичного управління і призначений для управління напругою обмежених по потужності джерел постійного струму, воно може знайти широке застосування в керованих джерелах вторинного харчування, що працюють від джерел струму, наприклад сонячних батарей. Технічний результат пропонованого винаходу полягає в розширенні функціональних можливостей способу управління за рахунок його поширення на підвищують перетворювачі. Технічний результат досягається тим, що комутацію ключових елементів підвищуючого перетворювача здійснюють синхронизирующим і керуючим сигналами, керуючий сигнал формують з суми сигналу помилки і сигналу розгортки, вимірюють струм дроселя (джерела живлення) і вихідний струм перетворювача, при цьому сигнал розгортки формують пропорційним різниці пилообразного сигналу з амплітудою, що дорівнює сигналу струму джерела живлення, і сигналу, рівного вихідному струму перетворювача.
ОПИС ВИНАХОДИ
Заявляється технічне рішення відноситься до автоматичного управління і призначений для управління напругою обмежених по потужності джерел постійного струму, воно може знайти широке застосування в керованих джерелах вторинного харчування, що працюють від джерел струму, наприклад сонячних батарей.
Відомі перетворювачі підвищує типу, що містять дросель, ключовий елемент, діод і конденсатор фільтра, в яких при замкнутому ключовий елемент струм від джерела живлення протікає через дросель, запасаюча в ньому енергію, діод при цьому блокує навантаження і конденсатор фільтра від ключового елемента, струм в навантаження в цей проміжок часу надходить тільки від конденсатора фільтра, далі, коли ключовий елемент закривається, ЕРС самоіндукції дроселя підсумовується з вхідною напругою джерела живлення і енергія струму дроселя віддається в навантаження і конденсатор фільтра.
Відомі способи регулювання вихідної напруги таких перетворювачів засновані на комутації ключового елемента з коефіцієнтом заповнення 
, Пропорційним сигналу помилки, рівному різниці між вихідним напругою перетворювача і напругою завдання, при цьому вихідна напруга залежить від напруги живлення U n, опору r розрядної і зарядної ланцюга дроселя, опору навантаження R н і коефіцієнта заповнення [1].
Недоліком цього способу регулювання є обмежений діапазон регулювання k U = 1-5 і його нелінійність, а й залежність між сигналом помилки і коефіцієнтом заповнення імпульсу.
Найбільш близьким технічним рішенням, обраним як прототип, є спосіб управління перетворювачем понижуючого типу, в якому комутацію ключових елементів здійснюють синхронизирующим і керуючим сигналами, керуючий сигнал формують з суми сигналу помилки, диференційованого вихідного сигналу і сигналу розгортки, диференційований вихідний сигнал формують пропорційним різниці струму дроселя і вихідного струму перетворювача, а сигнал розгортки формують як прогнозований для інтервалу після комутації ключових елементів диференційований вихідний сигнал [2].
Відомий спосіб забезпечує комутацію ключового елемента при відсутності статичної помилки і стійкість управління в широкому діапазоні завдання параметрів.
Недолік відомого способу полягає в неможливості отримання вихідної напруги вище напруги живлення, а й в імпульсному характері споживаного струму, неприйнятному при харчуванні від джерел струму.
Мета пропонованого винаходу полягає в розширенні функціональних можливостей способу управління за рахунок його поширення на підвищують перетворювачі.
Поставлена мета досягається тим, що комутацію ключових елементів підвищуючого перетворювача здійснюють синхронизирующим і керуючим сигналами, керуючий сигнал формують з суми сигналу помилки і сигналу розгортки, вимірюють струм дроселя (джерела живлення) і вихідний струм перетворювача, при цьому сигнал розгортки формують пропорційним різниці пилообразного сигналу з амплітудою, що дорівнює сигналу струму джерела живлення, і сигналу, рівного вихідному струму перетворювача.
Суть винаходу полягає в тому, що пропонований спосіб управління заснований на використанні для перемикання ключових елементів сигналу розгортки, який формується за критерієм рівності нулю в сталому режимі середнього за період повторення імпульсів струму через конденсатор фільтра. При цьому в околицях усталеного режиму до моменту перемикання ключового елемента значення сигналу розгортки стає рівним нулю, що забезпечує перемикання ключового елемента при відсутності статичної помилки.
За критерієм рівності нулю в сталому режимі середнього за період повторення імпульсів значення струму конденсатора фільтра для підвищувального перетворювача з односторонньою широтно-імпульсною модуляцією маємо
де I1 C, I2 C - струм конденсатора фільтра на інтервалі до і після комутації ключового елемента; t к - момент комутації ключового елемента.
Якщо в якості сигналу розгортки прийняти поточне значення I C.ср, то після простих перетворень (2) отримаємо
де t p = T {t / T} - тимчасова координати для формування сигналу розгортки ({а} - дробова частина числа а).
Струм конденсатора фільтра при модуляції переднього фронту імпульсу дорівнює: I1 C = -I вих, I2 C = I n - I вих, а при модуляції заднього фронту - I1 C = I n -I вих, I2 C = -I вих, де I n - струм джерела живлення; I вих - вихідний струм перетворювача.
Підставивши відповідні вирази для струму конденсатора в рівняння (3) і прийнявши на інтервалах комутації ключового елемента струми I n, I вих постійними і на основі теореми про середню для певного інтеграла [3], отримаємо сигнал розгортки для управління з модуляцією переднього фронту імпульсу струму
який являє собою різницю між спадаючим пилкоподібним сигналом з амплітудою, що дорівнює сигналу струму джерела живлення, і сигналом, рівним вихідному струму перетворювача.
Для управління з модуляцією заднього фронту імпульсу струму - сигнал розгортки
який являє собою різницю між наростаючим пилкоподібним сигналом з амплітудою, що дорівнює сигналу струму джерела живлення, і сигналом, рівним сигналу вихідного струму перетворювача.
При цьому отримуємо закон управління виду
де х = U вих -U on - сигнал помилки, U вих - вихідний сигнал; U on - сигнал завдання; k m - коефіцієнт передачі сигналу розгортки, що визначає динамічні характеристики перетворювача [4]; t k - момент комутації ключового елемента, який визначається найменшим по модулю негативним коренем рівняння F = 0 при управлінні модуляцією переднього фронту імпульсу струму джерела живлення і найменшим позитивним коренем рівняння F = 0 при управлінні модуляцією заднього фронту імпульсу струму джерела живлення.
Згідно (2) відповідне переключення ключового елемента в сталому режимі повинно відбуватися при I C.cp = 0, що відповідає переходу через нуль сигналу розгортки по (3, 4, 5), це в свою чергу забезпечує перемикання ключового елемента при управлінні по закону ( 6) при сигналі помилки х (t k) = 0.
На кресленні представлена схема перетворювача з широтно-імпульсним регулюванням, що реалізує запропонований спосіб управління.
 | Перетворювач з широтно-імпульсним регулюванням, виконаний відповідно до запропонованого способу управління, містить джерело живлення (сонячну батарею) 1, дросель 2, діод 3, конденсатор фільтра 4, ключовий елемент 5, вузол порівняння 6, два датчика струму 7, 8, блок формування керуючого сигналу 9, RS-тригер 10, керований генератор пилоподібного сигналу 11 і вузол віднімання 12. Вихідна шина джерела живлення 1 з'єднана з входом дроселя 2 через датчик струму 7, вихід дроселя 2 з'єднаний з вихідною шиною перетворювача U вих через діод 3, крім того, вихід дроселя 2 шунтируется ключовим елементом 5, в ланцюг навантаження перетворювача включений датчик струму 8, входи вузла порівняння 6 з'єднані з вихідною шиною перетворювача U вих і шиною U on опорного напруги завдання, вихід датчика струму 7 з'єднаний з керуючим входом генератора пилкоподібної сигналу 11, входи вузла вирахування 12 з'єднані з виходом генератора пилкоподібної сигналу 11 і виходом датчика струму 8, входи блоку формування керуючого сигналу 9 з'єднані з виходом вузла порівняння 6 і вузла вирахування 12, вихід блоку формування керуючого сигналу 9 з'єднаний з S-входом RS-тригера 10, R -вхід RS-тригера 10 і Сінхронізуется вхід генератора пилкоподібної сигналу 11 з'єднані з шиною синхронізації U Сінх, вихід RS-тригера 10 з'єднаний з керуючим входом ключового елемента 5. |
Перетворювач з широтно-імпульсним регулюванням працює наступним чином: на виході генератора пилкоподібної сигналу 11 по сінхроімпульс U Сінх формується пилкоподібний сигнал з амплітудою, пропорційної значенням струму I n джерела живлення 1, на виході вузла вирахування 12 формується сигнал розгортки Y p, на виході вузла порівняння 6 формується сигнал помилки х, на виході блоку формування керуючого сигналу 9 відповідно до (6) формується керуючий сигнал F, RS-тригер 10 встановлюється в стан VT = 1 при появі синхроимпульса U синхронізація і в стан VT = 0 при появі сигналу F , при замиканні ключового елемента 5 ток I n джерела живлення 1 протікає через дросель 2, запасаюча в ньому енергію, діод 3 при цьому відсікає (блокує) навантаження і не дозволяє конденсатору фільтра 4 розряджатися через замкнутий ключовий елемент 5, ток в навантаження в цей проміжок часу надходить тільки від конденсатора фільтра 4, далі, коли ключовий елемент 5 розмикається, ток I n джерела живлення 1 через діод 3 надходить в навантаження і заряджає конденсатор фільтра 4, якщо в цьому режимі не вистачає енергії джерела живлення 1 (напруга джерела живлення 1 менше вихідної напруги перетворювача), то ЕРС самоіндукції дроселя 2 підсумовується з вихідною напругою і енергія струму дроселя 2 віддається в навантаження.
У перетворювачі з управлінням модуляцією переднього фронту імпульсу струму на виході генератора пилкоподібної сигналу 11 формується спадаючий пилкоподібний сигнал, на виході вузла вирахування 12 формується сигнал розгортки Y pn за рівнянням (4), по сигналу синхроимпульса U Сінх RS-тригер 10 встановлюється в стан VT = 1, при якому ключовий елемент 5 замикається і відсікає (блокує) навантаження від джерела живлення 1, при найменшому по модулю негативний корені рівняння (6) F = 0 - RS-тригер 10 встановлюється в стан VT = 0, при якому ключовий елемент 5 розмикається і струм джерела живлення 1 надходить в навантаження і заряджає конденсатор фільтра 4.
У перетворювачі з управлінням модуляцією заднього фронту імпульсу струму на виході генератора пилкоподібної сигналу 11 формується наростаючий пилкоподібний сигнал, на виході вузла вирахування 12 формується сигнал розгортки Y р.з. за рівнянням (5), за сигналом синхроимпульса U Сінх RS-тригер 10 встановлюється в стан VT = 1, при якому ключовий елемент 5 розмикається і струм джерела живлення 1 надходить в навантаження і заряджає конденсатор фільтра 4, при найменшому позитивному корені рівняння (6) F = 0 - RS-тригер 10 встановлюється в стан VT = 0, при якому ключовий елемент 5 розмикається і відсікає (блокує) навантаження від джерела живлення 1.
Управління перетворювачами здійснюється за критерієм сталого режиму - рівності нулю середнього за період повторення імпульсів значення струму конденсатора фільтра по (2), і реалізовано формуванням сигналу розгортки по (3), яке в свою чергу в залежності від виду модуляції перетворено в (4) або ( 5).
Таким чином, запропонований спосіб управління дозволяє забезпечити роботу перетворювача при відсутності статичної помилки, забезпечуючи стійкість сталого режиму в широкому діапазоні завдання параметрів.
ЛІТЕРАТУРА
1. Семенов Б.Ю. Силова електроніка для любителів і професіоналів. М .: Солон-Р. 2001.
2. Казанцев Ю.М., Лекарев А.Ф. Метод прямого синтезу управління в перетворювальної техніки // Електронні та електромеханічні системи і пристрої: Зб. науч. праць НВЦ "Полюс". Томськ: МГП "РАСКО" при видавництві "Радио и связь", 2001. С.131-140.
3. Смирнов В.І. Курс вищої математики. М .: Наука, 1974. T.1.
4. Казанцев Ю.М., Чернишов О.І., Лекарев А.Ф. Формування квазіскользящіх процесів в імпульсних перетворювачах з ШІМ // Електрика. 1993. №12. С.45-49.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб харчування навантаження від сонячної батареї, що полягає в тому, що використовують перетворювач підвищує типу, в якому комутацію ключових елементів здійснюють синхронизирующим і керуючим сигналами, вимірюють вихідний струм перетворювача і струм джерела живлення, формують сигнал помилки х рівним різниці між вихідним сигналом і сигналом завдання, відрізняється тим, що формують сигнал розгортки Y p пропорційним різниці пилообразного сигналу з амплітудою, що дорівнює сигналу струму джерела живлення, і сигналу, рівного вихідному струму перетворювача, при цьому комутацію ключових елементів здійснюють відповідно до закону управління виду
де х = U вих -U оп - сигнал помилки, U вих - вихідний сигнал; U оп - сигнал завдання; k m - коефіцієнт передачі сигналу розгортки; t p = T {t / T} - тимчасова координати для формування сигналу розгортки; t к - момент комутації ключового елемента, який визначається найменшим по модулю негативним коренем рівняння F = 0 при управлінні модуляцією переднього фронту імпульсу струму джерела живлення і найменшим позитивним коренем рівняння F = 0 при управлінні модуляцією заднього фронту імпульсу струму джерела живлення.
Версія для друку
Дата публікації 03.02.2007гг
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.