| 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 RU2258292
СПОСІБ ХАРЧУВАННЯ НАВАНТАЖЕННЯ ПОСТІЙНИМ СТРУМОМ
Ім'я винахідника: Коротких В.В. (RU); Хартом В.В. (RU); Евен Г.Д.
Ім'я патентовласника: Федеральне державне унітарне підприємство "Науково-виробниче об'єднання прикладної механіки імені академіка М.Ф. Решетньова"
Адреса для листування: 662972, Красноярський край, м Железногорськ, вул. Леніна, 52, ЗАТЕ Железногорськ, ФГУП "НВО прикладної механіки ім. Академіка М. Ф. Решетньова", Р.П. Туркеничу
Дата початку дії патенту: 2003.05.07
Пропонований винахід відноситься до електротехнічної промисловості і може бути використано при створенні автономних систем електроживлення. Пропонується спосіб харчування навантаження постійним струмом від джерела обмеженої потужності, наприклад сонячної батареї, і вторинного джерела електроенергії, наприклад акумуляторної батареї, що полягає в стабілізації напруги на навантаженні і узгодженні роботи первинного і вторинного джерел електроенергії. Технічним результатом пропонованого винаходу є підвищення ефективності використання джерел електроенергії. Це досягається тим, що стабілізують "n" номіналів напруги, причому спочатку стабілізують максимальний рівень напруги, а стабілізацію інших (n-1) рівнів напруги проводять від першого рівня стабілізованої напруги серієсний стабілізованими перетворювачами. Крім того, узгодження роботи первинного і вторинного джерел електроенергії проводять тільки на першому рівні стабілізації напруги. Додатково стабілізацію напруги на першому рівні проводять шунтовим стабілізованою перетворювачем або короткозамкненим стабілізованою перетворювачем. При цьому при стабілізації напруги на першому рівні серієсний або короткозамкненим стабілізованими перетворювачами використовують екстремальне регулювання первинного джерела обмеженої потужності.
ОПИС ВИНАХОДИ
Пропонований винахід відноситься до електротехнічної промисловості і може бути використано при створенні автономних систем електроживлення.
В даний час в космічній техніці йде процес створення зв'язкових супутників Землі з великою вихідною потужністю (10-25 кВт) і тривалим (10-15 років) ресурсом роботи.
Це завдання, щодо автономної системи електроживлення, може бути вирішена тільки за умови підвищення питомих енергетичних характеристик первинних джерел електроенергії (переважно сонячних батарей), вторинних джерел електроенергії (переважно акумуляторних батарей) і системи автоматики, що узгоджує роботу зазначених джерел із забезпеченням стабільної напруги на входах споживачів електроенергії.
При створенні системи автоматики, що забезпечує стабільну напругу на входах споживачів електроенергії, необхідно вирішити важливе завдання - це зниження втрати електроенергії на шляху від джерел електроенергії до споживачів.
Відомий спосіб харчування навантаження постійним стабільним напругою, що реалізовується пристроєм по авт. свид. №127153.
За цим способом живлення навантаження здійснюється від сонячної і акумуляторної батарей через серієсний і розрядний стабілізовані перетворювачі, а накопичення надлишкової енергії сонячної батареї в акумуляторної батареї - через зарядний стабілізований перетворювач.
Відомий спосіб харчування навантаження постійним стабільним напругою, що реалізовується пристроєм по авт. свид. №77724.
На відміну від попереднього, в ньому використовується інший принцип перетворення енергії сонячної батареї, реалізований шунтовим стабілізованою перетворювачем.
В іншому ці відомі способи харчування навантаження схожі.
Більш докладно подібні способи (системи) живлення навантаження постійним струмом описані в "Системи електроживлення космічних апаратів, Новосибірськ, ВО" Наука ", 1994 р" [1].
Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб харчування навантаження постійним струмом, описаний в авторському свідоцтві №215364 або в [1] (див. Розділ 2, п.2,5), яка була обрана в якості прототипу.
Відомий спосіб передбачає нарощування потужності автономної системи електроживлення установкою додаткових модулів із забезпеченням їх рівномірного завантаження.
Недоліком відомого способу є низька ефективність використання джерел електроенергії.
У переважній більшості випадків автономна система електроживлення формує один рівень вихідної стабілізованої напруги, наприклад, в [1] (див. Розділ 7) це напруга в номіналі становить 27 В.
У той же час, в складі бортової апаратури не всі споживачі електроенергії користуються цим номіналом напруги, а отже, мають в своєму складі власні стабілізовані перетворювачі. При цьому, якщо є потреба в більш високій напрузі, використовуються перетворювачі з Вольтододаткові елементами, коефіцієнт корисної дії яких істотно нижче.
Крім того, в ланцюгах джерел електроенергії знаходиться ряд елементів, що викликають омические втрати електроенергії. Наприклад, в ланцюзі первинного джерела електроенергії, сонячної батареї, є опір кабельної лінії, перехідні опору з'єднувачів, перехідний опір токос'емника пристрою поворотного. Сумарна величина падіння напруги на перерахованих елементах складає 1,5-2,5 В, а втрати електроенергії при протіканні струму (наприклад) 100 А складуть 150-250 Вт, що еквівалентно 1-2 метрам квадратним площі сонячної батареї.
Слід зазначити, що втрати електроенергії мають місце і на регулюючих ключах серієсний перетворювачів або на діодах короткозамкнутих перетворювачів (близько 0,4-0,6 В).
Очевидно, що втрати електроенергії прямо пропорційні протікаючому струму. При збільшенні напруги в два рази (отже, зниження струму в два рази за однакової потужності) втрати зменшаться в два рази.
Метою пропонованого винаходу є підвищення ефективності використання джерел електроенергії.
Поставлена мета досягається тим, що стабілізують "n" номіналів напруги, причому спочатку стабілізують максимальний рівень напруги, а стабілізацію інших (п-1) рівнів напруги проводять від першого рівня стабілізованої напруги серієсний стабілізованими перетворювачами. Крім того, узгодження роботи первинного і вторинного джерел електроенергії проводять тільки на першому рівні стабілізації напруги, а стабілізацію напруги на першому рівні проводять шунтовим стабілізованою перетворювачем або короткозамкненим стабілізованою перетворювачем.
Дійсно, стабілізація декількох номіналів вихідної напруги дозволяє зменшити втрати електроенергії, а отже, підвищити ефективність використання джерел електроенергії.
Це досягається за допомогою зменшення електричного струму передачі електроенергії за рахунок підвищення рівня стабилизируемого напруги.
Основним споживачем електроенергії є бортовий ретранслятор ( "корисне навантаження").
При цьому, цілком логічно, що для забезпечення його високих питомих показників (отже, конкурентоспроможності) потрібно досить високий вхідний напруга.
Решта споживачів електроенергії (система орієнтації, система терморегулювання, командно-вимірювальна система, система телеметрії і так далі) становлять 20-30% загального споживання електроенергії. Ці споживачі електроенергії більш консервативні, так як використовують в своєму складі уніфіковані елементи, а мале споживання робить неактуальною необхідність підвищення напруги. Тому їх вхідна напруга нижча, переважно 27 В [1].
Однак передача електроенергії з більш високого рівня напруги на менший рівень здійснюється відповідно меншими струмами, що знову ж знижує втрати електроенергії.
Крім того, використання акумуляторної батареї з зарядним і розрядних перетворювачами тільки на першому (найвищому) рівні стабілізації напруги і зменшує втрати електроенергії з тих же причин.
Спосіб передбачає використання в якості стабілізованого перетворювача для першого рівня стабілізації напруги три основних перетворювача: серієсний, шунтовой і короткозамкнений, але, в принципі, може використовуватися і інший тип стабілізованого перетворювача.
Вибір конкретного типу стабілізованого перетворювача проводиться розробником автономної системи електроживлення виходячи з конкретних вихідних даних за параметрами первинного джерела обмеженої потужності, рівня використовуваної елементної бази і так далі.
Що стосується зазначених тут основних трьох типів стабілізованих перетворювачів, то можна відзначити наступне.
Серієсний і короткозамкнутий стабілізовані перетворювачі можуть працювати в режимі екстремального регулювання потужності первинного джерела електроенергії, але мають в своєму складі (в прямій ланцюга передачі електроенергії) елементи втрати потужності (транзистори, діоди).
Шунтовой стабілізований перетворювач таких елементів не має, але не може працювати в режимі екстремального регулювання первинного джерела обмеженої потужності.
На кресленні наведена функціональна схема автономної системи електроживлення, яка пояснює роботу за пропонованим способом.
В даному випадку розглядається варіант, коли на першому рівні стабілізації напруги використовується шунтовой стабілізований перетворювач, хоча принципово тут можуть бути використані серієсний або короткозамкнений стабілізовані перетворювачі напруги. При цьому робота автономної системи електроживлення буде аналогічна.
Сутність запропонованого способу можна пояснити на пристрої, зображеному на кресленні.
Пристрій містить сонячну батарею 1, підключену до навантаження 2 через вихідний фільтр 3, акумуляторну батарею 4, підключену через зарядний перетворювач 5 до сонячній батареї 1, а через розрядний перетворювач 6 до входу вихідного фільтра, шунтовой перетворювач напруги 7 з баластних опором R6, включений паралельно сонячній батареї 1. Крім того, до клем "+" і "-" навантаження 2 підключено (n-1) серієсний перетворювачів 8 1, 8 2, ... 8 n-1, до виходу яких підключені навантаження 2 1, 2 1 , ... 2 n-1.
Зарядний перетворювач складається з регулюючого ключа 9, керованого схемою управління 10, вольтододавального вузла, виконаного на трансформаторі Тр, транзисторах Т1 і Т2, випрямляча на діодах D1 і D2.
Розрядний перетворювач 6 складається з регулюючого ключа 11, керованого схемою управління 12.
Шунтовой перетворювач напруги 7 складається з регулюючого ключа 13, керованого схемою управління 14 і баластного опору R6.
Серієсний перетворювачі 8 1, 8 2, ... 8 n-1 складаються з регулюючих ключів 15, керованих схемами управління 16 і вихідних фільтрів 17.
Схеми управління перетворювачами 10, 12, 14, 16 виконані у вигляді широтно-імпульсних модуляторів, входом підключених до шин стабилизируемого напруги.
Пристрій працює наступним чином
В процесі експлуатації акумуляторна батарея 4 працює в основному в режимі зберігання і періодичних підзарядів від сонячної батареї 1 через зарядний стабілізований перетворювач 5. Такий режим роботи дозволяє утримувати її в постійній готовності на випадок аварійних ситуацій (втрата орієнтації на сонці) або на проходження штатних тіньових ділянок орбіти.
Харчування навантаження 2 здійснюється при цьому від сонячної батареї 1 через фільтр 3, а стабілізація напруги відбувається шунтовим стабілізованою перетворювачем 7.
При проходженні тіньових ділянок орбіти, або при порушенні орієнтації навантаження 2 харчується від акумуляторної батареї 4 через розрядний перетворювач 6.
Серієсний перетворювачі 8 1, 8 2, ... 8 n-1 постійно працюють в одному режимі від стабільного напруги високої величини.
Таким чином, пропонований спосіб дозволяє підвищити ефективність використання джерел електроенергії, що підвищує питомі енергетичні характеристики автономної системи електроживлення в цілому.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб харчування навантаження постійним струмом від джерела обмеженої потужності, наприклад сонячної батареї, і вторинного джерела електроенергії, наприклад акумуляторної батареї, що полягає в стабілізації напруги на навантаженні і узгодженні роботи первинного і вторинного джерел електроенергії, що відрізняється тим, що стабілізують n номіналів напруги, причому спочатку стабілізують напругу на навантаженні, що має максимальне напруга живлення, а стабілізацію напруги інших (n-1) навантажень проводять від шин живлення першої навантаження серієсний стабілізованими перетворювачами, при цьому узгодження роботи первинного і вторинного джерел електроенергії проводять тільки на першому рівні стабілізації напруги.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що стабілізацію напруги на першому рівні проводять шунтовим стабілізованою перетворювачем.
3. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що стабілізацію напруги на першому рівні проводять короткозамкненим стабілізованою перетворювачем.
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.