Имитатор химической батареи

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 119) (11) 151) С 06 С 7/6 ПИСАНИ ЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ ГОРСКОМУ С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР,ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство ССи 432540, кл. С 06 С 7/48,. 1972.2. Авторское свидетельство СССРУ 586470, кл. С 06 С 7/62, 1976.3. Авторское свидетельство СССРУ 734742, кл. С 06 С 7/63, 1977(54) (57) 1. ИМИТАТОР ХИМИЧЕСКОЙБАТАРЕИ, содержащий обратимый статический преобразователь, выходнойфильтр и блок управления, состоящийиз датчика тока и функциональногопреобразователя, один вывод выходного фильтра соединен с первым входомфункционального преобразователя блокаупрацления и является первым выходомимитатора,второй вывод выходногофильтра подключен к входу датчика тока блока управления, первый выходкоторого является вторым выходомимитатора, второй выход датчика токаподключен к второму входу функционального преобразователя блока управления, о,т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения коэффициентаполезного действия имитатора и упрощения, он дополнительно содержит элементы гальванической развязки, а обратимый статический преобразовательсостоит из прямого и обратного каналов, причем прямой канал состоит изпоследовательно соединенных диодноговыпрямителя, релейного транзисторно го стабилизатора тока и преобразова" теля постоянного напряжения в постоянное, обратный канал состоит из последовательно соединенных преобразователя постоянного напряжения в . , постоянное, релейного транзисторного стабилизатора тока и тиристорного инвертора, выходы которого объединены с входами диодного выпрямителя прямого канала и подключены к сети переменного напряжения, выходы преобразователя постоянного напряжения в постоянное прямого канала и входы . преобразователя постоянного напряжения в постоянное обратного канала соответственно объединены и подключены к выводам выходного фильтра, а выход функционального преобразователя блока управления через элементы С гальванической развязки подключен к управляющим входам релейных гранзис- е торных стабилизаторов тока прямого и обратного каналов. 2. Имитатор по п.1,о т л и ч а ю%щ и й с я тем,что функциональный преобразователь содержит два сумматора, счетчик ампер-часов, усилитель и усилитель с зоной нечувствительности,вы- Ю ход которого и выход усилителя под-. Ж ключены к соответствующим входам СО первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход второго сумматора, - с шиной опорного напряжения, а третий вход второго сумматора является первым входом функционального преобразователя, вторым входом функционального преобразователя . являются объединенные вход усилителя и вход счетчика ампер-часов, выход которого соединен е входом усил теля с зоной нечувствительности, вы" ,ходом функционального преобразова 1089593тестя является выход второго сумматора.Изобретение относится к техникемоделирования процессов в электротехнических системах и может бытьиспользовано для исследования системэлектроснабжения, источником питаниякоторых является химическая батарея.Известно устройство, имитирующееработу химической батареи и состоящее из сумматора, усилителей и.интеграторов Г 1 1.Однако данное устройство не позволяет имитировать вольт-ампер-часовые характеристики химических батарей в реальном масштабе напряженийи токов, что исключает воэможностьнепосредственной замены батареи ееимитатором,Известно также устройство, имитирующее работу химической батареи,сас.тоящее из усилителя мощности, выходкоторого подключен .к нагрузочномуэлементу, а управляющий вход - к выходу устройства управления, содержащее измерительные элементы, сумматоры и функциональный преобразователь Г 2 3Недостатком данного устройстваявляется то, что он может имитировать только один режим работы батареи - режим разряда, что сужает егофункциональные возможности и непозволяет осуществить замену батареи ее имитатором.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство, имитирующее работу хи"мической батареи, содержащее первыйфункциональный преобразователь, первый вход которого соединен с выходомсчетчика, сумматор, блок задания начальных условий, нагрузочный элемент,регулятор напряжения, накопительныйэлемент, датчик напряжения, фильтр,датчик тока, блок задания температурных коэффициентов, усилитель постоянного тока, второй функциональныйпреобразователь, стабилизатор напряжения, первый вход которого являетсявходом устройства, второй вход кото 2рого через второй функциональныйпреобразователь подключен к выходупервого датчика напряжения, вход которого через накопительный элементсоединен с выходом стабилизатора напряжения и с первым входом регуляторанапряжения, выход которого черезфильтр подключен к входу датчика Рока, нагрузочного элемента и второго 0датчика напряжения, выход которогосоединен с первым входом сумматора,выход которого подключен к второмувходу регулятора напряжения, второйвход сумматора соединен с выходомпервого функционального преобразователя, второй и третий входы которогойодключены соответственно к выходамблока задания температурных коэффициентов и усилителя постоянного тока, вход которого соединен с первымвходом счетчика и с выходом датчика1тока, второй вход счетчика подключен к выходу блока задания начальных условий 33.25 .Недостатки такого устройства -сравнительно низкий КПД, что объясняется наличием в нем обратимых стабилизатора и регулятора, сложность изготовления и настройки, что вытекает З 0 из применения многоячейкового регулятора,.и сравнительно невысокаянадежность, обусловленная токовымии мощностными перегрузками силовыхэлементов и сложностью схемы. З 5 В прототипе все ячейки сделаныобратимыми, поэтому в процессе работы в их выходных или входных цепях(в зависимости от напряжения передачиэнергии) образуются короткозамкнутые 40 контуры, При этом по транзисторам идиодам ячеек протекают значительныенеконтролируемые токи, которые снижают КПД и надежность регулятора. Вособенной степени данные недостатки 45 проявляются при работе на высокихчастотах преобразования. Аналогичныенедостатки присуши и обратимому стабилизатору напряжения, используемомув прототипе в качестве препвари3 1089 тельного каскада регулирования. Потеря КПП в известном имитаторе происхо,дит еще за счет выполнения регулятора на многоячейковой основе. При этом часть ячеек находится в режиме 5 передачи энергии в требуемом направлении, а часть (определяемая глубиной регулирования) работает в рекуперативном режиме, т.е. прокачивает значительные доли энергии внутри ре гулятора, что существенно снижает/КПД имитатора. Недостатком прототипа, является также его сложность. Это вытекает15 из того, что, во-первых, в нем при" сутствуют два контура регулирования напряжения, что уже усложняет изготовление и особенно настройку устройства, а, во-вторых, в нем применен.20 многоячейковый регулятор, где каждаяячейка оснащена элементами автономного управления. При этом для каждой ячейки требуется выделение особой зоны работы, что создает значительные трудности при настройке.Цель изобретения - повышение КПД и упрощение имитатора химической батареи.Поставленная цель достигается тем, что в имитатор химической батареи, содержащий обратимый статический преобразователь, выходной фильтр и блок управления, состоящий Из датчика тока и функционального преобразователя, один вывод выходного фильтра З 5 соединен с первым входом функционального преобразователя блока управления и является первым выходом имитатора, второй вывод выходного фильтра подключен к входу датчика тока блока управления, первый выход которого является вторым выходом имитатора, второй выход датчика тока подключен к второму входу функционального преобразователя блока управления, введены элементы гальванической развязки, а обратимый статический преобразователь .состоит из прямого и обратного каналов, причем прямой канал состоит иэ последовательно соединенных диодного выпрямителя, релейного транзисторного стабилизатора тока и преобразователя постоянного напряжения в пестоянное, обратный канал состоит иэ 55 последовательно соединенных преобразователя постоянного напряжения в постоянное, релейного,транзис 593 4торного стабилизатора тока и тирис-торного инвертора, выходы которого объединены с входами диодного выпрямителя прямого канала и подключенык сети переменного напряжения, выходы преобразователя постоянного напряжения в постоянное прямого канала и входы преобразователя постоянного напряжения в постоянное обратного канала соответственно объедииены и подключены к выводам выходного фильтра, а выход функционального преобразователя блока управления через элементы гальванической развязки подключен к управляющим входам релейных транзисторных стабилизаторов тока прямого и обратного каналов.функциональный преобразователь тока управления содержит два сумматора, счетчик ампер-часов, усилитель и усилитель с зоной нечувствительности выход которого и выход усилителя подключены к соответствующим входам первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход второго сумматора - с шиной опорного напряжения, а третий вход второго сумматора являетсяпервым входом функционального преобразователя, вторым входом которого являются объединенные вход усилителя и вход счетчика ампер-часов,выход которого соединен с входом усили,теля с зоной нечувствительности, выходом функционального преобразователяявляется выход второго сумматора.На фиг.1 показана, структурнаясхема имитатора химической батареи; на фиг,2 - схема функционального преобразователя. Имитатор состоит иэ обратимогостатического преобразователя 1,включающего прямой и обратный каналы2 и 3 передачи энергии, выходногофильтра 4, блока 5 управленя,включающего датчик 6 тока и функциональный преобразователь 7, и элементы 8 и 9 гальванической развязки.Прямой канал 2 включает диодный выпрямитель 10, релейный транзисторный стабилизатор 11 тока, состоящий из силового транзистора 12, обратногодиода 13, датчика 14 тока, порогового элемента 15 и сгдаживающего дросселя 16, и преобразователь 17 постоянного напряжения в постоянное.Обратный канал 3 содержит тиристорный инвертор .18, релейный тран10 В разрядном режиме напряжениена выходе функционального преобразователя 7 всегда положительно, приэтом за счет избирательного усиленияприсутствует напряжения только навыходе элемента 8, а на выходе элемента 9 развязки напряжение равнонулю. Поэтому в указанном режиместабилизатор 19 обратного каналане пропускает ток (транзистор 20 .закрыт),При имитации зарядной характеристики химической батареи на выходепреобразователя 7 сигнал становитсяотрицательным, при этом напряжение 15на выходе элемента 8 становится равным нулю, а на выходе элемента 9 напряжение становится отличным от нуля,В таком режиме стабилизатор 11 обесточивается (прямой канул закрывается), а стабилизатор 19 осуществляет двухпозиционную стабилизациютока дросселя 24 на уровне, определяемом значением сигнала управления, поступающего с выхода элемента 9 на вход порогового элемента 23. Для обеспечения нормального процесса передачи энергии с выходных клемм имитатора в сеть трехфазного напряжения нерегулируемый ЗОпреобразователь 25 обеспечиваетповышение выходного напряжения имитатора до необходимого уровня, стабилизатор 19 регулирует величину пере"даваемой мощности, а тиристорный35ведомый сетью инвертор 18 преобразует постоянное напряжение в трехфазное переменное.Таким образом, имитатор обеспечивает двухсторонний обмен энергией40между сетью переменного напряженияи потребителем со стороны выхода,приэтом на выходных клеммах имитаторанапряжение зависит от величины и направления протекающего тока, количества ампер-часов, отданных (принятых) имитатором, и других параметров.Преимущества предлагаемого имита-. тора по сравнению с прототипом состоят в более высоком КПД, меньшей сложности и большей надежности.Повышение КПД имитатора обусловлено отсутствием в нем обратимых регуляторов.В устройстве отсутствуют обратимые стабилизаторы и регуляторы. Так, нерегулируемые преобразователи 17 и 25 выполнены по обычным схемам (мос- товым, полумостовым или со средней точкой) и в них принципиально не мо" жет быть образовано короткозамкнутых контуров, присущих обратимым схемам, В любом из режимов работы предложенного имитатора работает только один из каналов передачи энергии, при этом внутри устройства отсутствует циркуляция дополнительной (не поступающей в нагрузку) энер. гии, а потому и отсутствуют дополнительные потери мощности.Таким образом, КПД предлагаемого имитатора выше, чем КПД прототипа. В имитаторе имеется лищь один контур регулирования, охватывающий устройство управления и один из каналов передачи энергии. Преобразователи17 и 25 выполнены нерегулируемыми, а,потому просты в схемном исполнении, Разделение зон работы каналов происходит автоматически в зависимости от полярности управляющего напряжения У,Поэтому имитатор проще известногоОтсутствие возможности образования имитатора и сравнительная простота делают его более надежным по сравнению с известным.1089593 Составитель В. ФукаловРедактор С. Пекарь, Техред Д.Мартяшова Корректор М. Вароши Заказ 2936 5 ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проекгна Тираж 99 ВНИИПИ Гфсудар по делам из 035, Москва, Ж9 Подп твенного комитет бретений и откры 35, Раушская наб сно СС ий