Устройство для питания нагрузки

)оьтвьт, о .,Рт"%-%въ, ,) г О П И С А Н И Е 1) 598183.ИЗОБРЕТЕН Ия Союз Советских Социалистических Реслублик(43) Опубликовано Государственный комитет Совета Министров СССР оо делам изооретений н открытий(45) Дата опубликования описания 16 О 5 )т А. М. Красковский и В жановский 72) Авторы изобретения(71) Заявит 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗК 11 Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам электропитания.Известны устройства для питания нагрузки от источника ограниченной мощности, выполненного в виде ряда отдельных звеньев, например солнечной батареи 1.Известно также устройство, которое содержит солнечную батарею, аккумуляторные батареи, две шины, узел контроля с датчиками и узлы управления режимом работы, при этом к первой шине, питающей нагрузки, подключены регулируемая часть солнечной батареи, разделенной на секции, и одна аккумуляторная батарея, а к второй шине, служащей для поочередного заряда, подключены другая аккумуляторная батарея и оставшаяся часть солнечной батареи 12.Однако энергия, генерируемая солнечной батареей, в известном устройстве недоиспользуется, напряжение на нагрузке изменяется существенно, как в процессе разряда (заря. да), так и в моменты коммутации секций солнечной батареи и аккумуляторных батарей к шине нагрузки, и устройство не допускает подключения потребителей, питающихся стабили. знрованным илн пониженным напряжением (по отношению к номинальному) без применения стабилизаторов или регуляторов напряжения,)применение которых влечет за собой увеличение веса устройства для питания нагрузки и снижение его КПД.Кроме того, значительная неравномерностьв распределении нагрузки по секциям и частям 5 солнечной батареи сопровождается неравномерным выделением мощности рассеяния по поверхности батареи и соответственно неравномерным распределителем температуры по площади батареи, что также сказывается на снижении КПД батареи.10 Известное устройство не позволяет изменять режим заряда аккумуляторов и выходное напряжение с целью обеспечения быстрого или оптимального заряда аккумуляторов, или с целью использования его для нагрузок, питаюшихся пониженным напряжением по отношению к номинальному, или с целью замены в действующей схеме устройства солнечной батареи или аккумуляторной батареи другими, имеющимися в распоряжении, равноценными по мощности источниками, без изменения узлов его схемы, что объясняет ограниченные функциональные возможности устройства и, следовательно, узкую область применения,С целью повышения КПД и расширенияфункциональных возможностей устройства для питания нагрузки, а также повышения точ5981 ности поддержания напряжения на нагрузке в предлагаемое устройство для питания нагрузки введены стабилизатор напряжения и регулируемый источник опорного напряжения, причем секции источника постоянного тока подключены через контакты коммутатора на обе шины, связанные с нагрузкой и накопителем энергии через блок контроля и управления режимом работы, в цепь разряда накопителя энергии последовательно включены датчик тока и стабилизатор напряжения, а блок контроля и управления режимом работы связан с пороговой схемой сравнения и стабилизатором напряжения посредством регулируемого источника опорного напряжения, при этом входы пороговой схемы сравнения соответственно подключены к выходам регулируемого источника опорного напряжения, один из которых одновременно подключен к управляющему входу стабилизатора напряжения, к выходу датчика тока и к шине, соединенной с нагрузкой, а входы регулируемого источника опорного напряжения подключены к управляющим выходам блока контроля и управления режимом работы.На чертеже изображена блок-схема устройства для питания нагрузки.Устройство содержит источник 1 постоянного тока, выполненный в виде ряда отдельных секций 1-1 - 1-п, часть которых подключена к шине 2, питающей нагрузку 3, а оставшаяся часть - к шине 4 заряда накопителя 5 энергии, коммутатор 6 с элементами переключения 7-1 -- -и, генератором 8, первой схемой И 9, второй схемой И 10, первым распределителем 11 и вторым распределителем 12, пороговую схему сравнения 13, датчик 14 тока, стабилизатор напряжения 15, регулируемый источ ник 16 опорного напряжения и блок 17 контроля и управления режимом работы. 0 25 ЭО М Блок 17 контроля и управ. пения режимом работы подключает нагрузку 3 к шине 2, накопитель 5 к шине 4 и устанавливает выходные напряжения регулируемого источника 16 опорного напряжения на заданные уровни, один 40 из которых соответствует напряжению стабилизации нагрузки, а другой - минимальному току разрядки накопителя, Контролируя напряжение на шинах 2, 4 и на накопителе 5, блок осуществляет отключение накопителя от шины заряда 4 по достижении на нем максимально-допустимого значения и отключение части или всей нагрузки при снижении напряжения на ней ниже минимально-допустимого, чем достигается автоматический перевод работы устройства в режим заряда накопителя. ЯКроме того, блок 17 контроля и управления режимом работы исполняет внешние команды по изменению режима работы устройства в целом, например для изменения режима заряда, изменения напряжения на нагрузке и т.п.Ток нагрузки устройства складывается из55 двух составляющих: тока источника 1, протекающего от источника 1, и выходного тока стабилизатора 1, протекающего от накопителя 5 через датчик 14 тока и стабилизатор 15, т.е. 1= 1+ 1. Этот ток определяет напря- р 81 .4жение на шине 2, подключаемой к нагрузке 3посредством блока 17 контроля и управлениярежимом работы.С изменением 1 за счет изменения егосоставляющей 1 зависящей от значения сопротивления нагрузки 3 и параметров источника 1,напряжение на шине 2 изменяется. Любыеизменения его приводят к разбалансу схемысравнения стабилизатора 15, сравнивающей выходное напряжение с заданным, снимаемымс выхода а регулируемого источника 16 опорного напряжения и, следовательно, к изменению выходного тока 1,. Причем уменьшение(увеличение) напряжения вызывает увеличение (уменьшение) тока 1 настолько, что компенсируется уменьшение (увеличение) тока 1,Таким образом, за счет энергии накопленияосуществляется стабилизация напряжения нашине нагрузки 2 с заданной точностью прилюбых возмущающих воздействиях как со стороны источника и нагрузки, так и со сторонырегулируемого источника опорногО напряжения.Ток, потребляемый от накопителя 5 измеряется датчиком 14 тока и в виде напряжения,пропорционального 1 поступает на вход пороговой схемы сравнения 3, которая сравнивает это напряжение с заданным, снимаемым с выхода б регулируемого источника 16опорного напряжения, соответствуюгцим минимальному току стабилизатора 1В случае равенства этих напряжений илипревышения выходного напряжения датчика 14над заданным пороговая схема сравнения срабатывает и на ее выходе в устанавливаетсяуровень напряжения разрешающий прохождение через первую схему И 9 импульсовгенератора 8 на вход первого распределителя 11. С каждым импульсом генератора распределитель, продвигаясь на один шаг, последовательно посылает управляющие импульсына первые входы элементов переключения7-1 - 7-и коммутатора 6, которые, срабатывая,переключают секции 1-1 - 1-п источника 1 сшины 4 заряда накопителя на шину. 2 питания нагрузки.В связи с этим составляющая тока нагрузки 1 растет, а 1 уменьшается. Уменьшаетсяи ток заряда накопителя 1. Движение распределителя и переключение секций источника 1 с шины 4 на шину 2 осуществляетсядо тех пор, пока 1 не станет меньше 1;,При выполнении условия 1( 1,напряжение на выходе датчика 14 тока станет меньшенапряжения снимаемого с выхода б регулируемого источника 16 опорного напряженияи пороговая схема сравнения 13 возвращаетсяв исходное состояние. На ее выходе в устанавливается напряжение, запрещающее прохождение импульсов генератора 8 через схему И 9на вход распределителя 11.Дальнейшая регулировка напряжения нашине 2 осуществляется за счет изменения тока стабилизатора в пределах О - 1. Значение тока 1 выбирается равным или меньше значения номинального тока одной секцииисточника 1, в результате при наименьшем потреблении тока от накопителя 5 обеспечивает 598181ся заданная точность стабилизации напряжения нагрузки.Аналогично, в случае превышения напряжения на шине 2 нагрузки над заданным регулируемым источником 16 опорного напряжения, снимаемым с выхода а, пороговая схема срабатывает по двум другим входам, открывает вторую схему И 10 по выходу г и импульсы от генератора 8 продвигают второйраспределитель 2, который посылает управляюшие импульсы на вторые входь элементовпереключения 7-1 - 7-и. Последние, срабатывая в той же последовательности, переключают секции 1-1 - 1-п источника с шины 2 нашину 4, уменьшая тем самым ток источника 1и увеличивая ток заряда накопителя /,.Процесс переключения секций источникапрекрац 1 ается в тот момент, когда напряжение,снимаемое с выхода а регулируемого источника 16 опорного напряжения на вход пороговой схемы сравнения 3, станет меньше напряжения, снимаемого с шины 2 на ее вход.Таким образом, напряжение на нагрузкестабилизируется с заданной точностью путемавтоматического подключения к ней необходимого для этого количества секции источникаи незначительного разряда накопителя с использованием энергии неподключенных к нагрузкесекций для заряда накопителя,При значениях мощности нагрузки меньшихзначения могцности источника избыточная энергия его запасается в накопителе, а при значениях мошности нагрузки больших мошностиисточника запасенная энергия с накопителявозвращается в нагрузку, то есть энергия источника используется максимально с учетомпотерь на стабилизаторе, КПД которого можетбыть доведен до 0,8 и более.В случае использования в качестве источника солнечной батареи КПД устройства повышается ешеза счет равномерного распределения температуры по поверхности батареи, таккак практически все секции ее несут одну иту же переменную нагрузку (при работе происходит последовательная передача нагрузкис предыдуших секций на последуюшие).Установленные связи между пороговой схемой сравнения, регулируемым источникомопорного напряжения, блоком контроля и управления режимом работы, стабилизатором,датчиком тока, накопителем и нагрузкой позволяют стабилизировать выходное напряжениев широком диапазоне и, следовательно, применять источники и накопители на повышенное напряжение по отношению к номинальному нагрузки, изменять динамические характеристики устройства и режим заряда накопителя.5 Устройство может использоваться с любыми источниками, расчленяюшимися на звенья, например, с термоэлектрическими или с электро механическими генераторами, а также с любыми накопителями энергии, например с батареями конденсаторов.Формула изобретения Устройство для питания нагрузки, содержашее источник постоянного тока, например, солнецную батарею, выполненный в виде ряда отдельных секций, накопитель энергии, напримераккумуляторную батарею, шину заряда накопителя, шину питания нагрузки, коммутатор,пороговую схему сравнения, датчик тока разряда накопителя и блок контроля и управле.ния режимом работы, отличающееся тем, что,20 с целью повышения КПД, точности регулирования и расширения функциональных возможностей, в устройство введены стабилизатор напряжения и регулируемый источник опорного напряжения, причем секции источника постоянного тока подключены через контакты коммутаторов на обешины, связанные с нагрузкой и накопителемэнергии через блок контроля и управ 1 ениярежимом работы, в цепь разряда накопителяэнергии последовательно включены датчик тока30 и стабилизатор напряжения, а блок контроля иуправления режимом работы связан с пороговойсхемой сравнения и стабилизатором напряжения посредством регулируемого источника опорного напряжения, при это входы пороговойсхемы сравнения подключены соответственнок выходам регулируемого источника опорногонапряжения, один из которых одновременноподключен к управляемому входу стабилизатора напряжения, к выходу датчика тока ик шине, соединенной с нагрузкой, а входы40 регулируемого источника опорного напряженияподключены к управляющим выходам блокаконтроля и управления режимом работы.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1, Авторское свидетельство Ме 271619,кл. Н 02 3 7/00, 1968.2. Авторское свидетельство Мо 417871,кл, Н 02 3 7/34, 1969,Вне пр Составитель И. Найдинаскрсд Сн .1 у гопак Корректор П. Макаи вин Тираж 892 Подписное Редактор Т. ОкуневаЗа каэ 1265/46 ЦНИИ 1 И Государственного ко по делаги изобр 1 3035, Москва, ЖФилиал ППП Патент, 1 нтета Со гений и Раугеска Ужгород вега Лсииис роткрытийиаб, д. 4ул. Г 1 росктн