Пристрій для моделювання вольт-амперної характеристики

Пристрій для моделювання вольт-амперної характеристики, що містить подільник напруги, джерело постійної напруги, кероване джерело струму, перетворювач струм-напруга, який відрізняється тим, що в нього введено два підсилювачі напруги, друге джерело постійної напруги, друге кероване джерело струму, дюдний оптрон, джерело напруги зміщення, при цьому вихід подільника напруги з'єднаний з інвертуючим входом другого підсилювача напруги, а вхід - з виходом другого підсилювача напруги, нешвертуючий вхід другого підсилювача напруги з'єднаний з виходом першого керованого джерела струму, вхід якого з'єднаний з виходом першого підсилювача напруги, нешвертуючий вхід першого підсилювача напруги з'єднаний з першим виводом перетворювача струмнапруга, а інвертуючий вхід з'єднаний з негативним виводом джерела напруги зміщення, позитив ний вивід джерела напруги зміщення об'єднаний з другим виводом перетворювача струм-напруга і з'єднаний з негативним виводом першого джерела напруги та позитивним виводом другого джерела напруги, негативний вивід другого джерела напруги з'єднаний з негативними колами живлення першого та другого підсилювачів напруги, а також з колами живлення першого та другого керованих джерел струму, позитивний вивід першого джерела напруги з'єднаний з позитивними колами живлення першого підсилювача напруги та другого підсилювача напруги, анодний вивід фотодюдної частини оптрона з'єднаний з виходом першого керованого джерела струму, катодний вивід фотодіодної частини оптрона об'єднаний з анодним виводом СВІТЛОДІОДНОІ частини оптрона і з негативним виводом першого джерела напруги, анодний вивід СВІТЛОДІОДНОІ частини оптрона з'єднаний з виходом другого керованого джерела струму, причому вихід другого підсилювача напруги є першим виводом, а перший вивід перетворювача струмнапруга - другим виводом виходу пристрою, вхід управління другого керованого джерела струму є входом регулювання вольт-амперної характеристики Пристрій для моделювання вольт-амперної характеристики (у подальшому - пристрій) відноситься до енергетики, а саме до пристроїв наладки енергосистем з генераторами електроенергії на сонячних фотоперетворювачах Пристрій може використовуватись для наладки та ремонту енергосистем ВІДОМІ пристрої, які складаються з фотобатарей та джерел освітлення (як джерело освітлення може бути використано, наприклад Super Solar simulator AM 1 5G) [1] Використання джерел освітленості не завжди доцільно, особливо при наладці потужних енергосистем, через великі габарити обладнання та значні втрати енергії Найбільш близьким до пристрою, що пропонується, є пристрій, який моделює ВАХ методом кус для формування апроксимуючих прямих, а одне, КОВО-ЛІНІЙНОІ апроксимації [2] Цей пристрій містить чотири кола джерела напруги, три з яких використовуються безпосередньо за допомогою ПОДІЛЬНИКІВ, використовується для формування стандартних напруг переключення роботи схеми з однієї апроксимуючої прямої на іншу Для моделювання ВАХ навколо точки короткого замикання апроксимуючою прямою l=lConst, При O^USUmax ВИКОРИСТОВУЄТЬСЯ КОЛО ДЖЄрЄЛЗ ПОСТІЙНОГО струму Пристрій також містить постійний формуючий опір, який потрібний для формування необхідного нахилу прямих ВАХ, три комутаційних пристрої, які підключають електричне навантаження до ВІДПОВІДНОГО джерела напруги (або струму), три компаратори, які управляють роботою комутаційних пристроїв в залежності від різниці стандартної напруги і напруги в колі електричного навантаження Пристрій містить додатково три джерела струму, регульоване джерело струму, три пристрої віднімання, блок масштабування, три обмежуючі резистори, три ключових елементи та два перетворювачі струм-напруга 42410 Алгоритм роботи пристрою складається з формування апроксимуючих прямих з заданим нахилом, стеженні за положенням робочої точки на апроксимуючій прямій та переключені з однієї апроксимуючої прямої на іншу при досягненні робочою точкою характерного (розрив апроксимуючої ВАХ першого роду) значення напруги Недоліком цього рішення є низька швидкодія (для переключення з однієї апроксимуючої прямої на іншу використовується механічне реле), низька точність відтворення ВАХ (похибка кусковолінійної апроксимації), та неможливість моделювання перехідних процесів в енергосистемах, які входом регулювання вольт-амперної характеристики Порівняльний аналіз з відомими технічними рішеннями показав, що технічне рішення, я к е пропонується, відрізняється наявністю нових елементів, які складають регульовану уставку (фотодюд оптрона) т а підсилювачі зі змінним коефіцієнтом підсилення, які охоплені колом негативного зворотного зв'язку, що дозволяє підвищити точність відт в о р е н н я ВАХ фотобатареї, підвищити швидкодію пристрою т а надає можливість досліджувати перехідні процеси в енергосистемах, які обумовлені зміною ЗОВНІШНІХ факторів (освітленості) обумовлені зміною ЗОВНІШНІХ факторів На фіг 1 приведена структурна схема приладу Прилад складається з перетворювача струмнапруга 1 т а першого підсилювача напруги 2, джерела напруги зміщення 3, першого керованого д ж е р е л а струму 4, я к е складається, наприклад, з транзистора, який включено за схемою зі спільним емітером, причому колектор є виходом, а база входом управління д ж е р е л а струму [3], ф о т о д ю д ного оптрона 5, другого підсилювача напруги 6, подільника напруги 7, другого керованого д ж е р е л а струму 8, другого д ж е р е л а напруги 9, першого д ж е р е л а напруги 10 Д о виходу другого підсилювача напруги т а першого виводу перетворювача струм-напруга підключається навантаження (досліджувана енергосистема) На фіг 2 - приклад відтвореної ВАХ за умови впливу заданого зовнішнього фактору Задачею винаходу є створення пристрою, в якому шляхом введення регульованої уставки (діодного оптрона), та підсилювачів, охоплених колом негативного зворотного зв'язку, за допомогою яких реалізується залежність струму та напруги навантаження від струму та напруги на фотодюді оптрон, досягається підвищення швидкодії приладу, більш точне відтворення ВАХ фотобатареї, можливість досліджувати перехідні процеси в енергосистемі, які обумовлені зміною ЗОВНІШНІХ фак торів (освітленості), що поводує спрощення наладки та ремонту енергосистем Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій, який містить подільник напруги, джерело постійної напруги, кероване джерело струму, перетворювач струм-напруга введено два підсилювачі напруги, друге джерело постійної напруги, друге кероване джерело струму, джерело напруги зміщення, дюдний оптрон, при цьому вихід подільника напруги з'єднаний з інвертуючим входом другого підсилювача напруги, а вхід - з виходом другого підсилювача напруги, неінвертуючий вхід другого підсилювача напруги з'єднаний з виходом першого керованого джерела струму, вхід якого з'єднаний з виходом першого підсилювача напруги, неінвертуючий вхід першого підсилювача напруги з'єднаний з першим виводом перетворювача струм-напруга, а інвертуючий вхід - з'єднаний з негативним виводом джерела напруги зміщення, позитивний вивід джерела напруги зміщення об'єднаний з другим виводом перетворювача напругаструм і з негативним виводом першого джерела напруги та позитивним виводом другого джерела напруги, негативний вивід другого джерела напруги з'єднаний з негативними колами живлення першого та другого підсилювачів напруги, а також з колами живлення першого та другого керованих джерел струму, позитивний вивід першого джерела напруги з'єднаний з позитивними колами живлення першого підсилювача напруги та другого підсилювача напруги, анодний вивід фотодюдної частини оптрона з'єднаний з виходом першого керованого джерела струму, катодний вивід фотодіодної частини оптрона об'єднаний з анодним виводом СВІТЛОДІОДНОІ частини оптрона і з негатив ним виводом першого джерела напруги, анодний вивід СВІТЛОДІОДНОІ частини оптрона з'єднаний з виходом другого керованого джерела струму, причому вихід другого підсилювача напруги є першим виводом, а перший вивід перетворювача струмнапруга - другим виводом виходу пристрою, а вхід управління другого керованого джерела струму є Пристрій працює таким чином напруга з виходу перетворювача струм-напруга 1, я к а залежить від вихідного струму, подається на неінвертуючий вхід першого підсилювача напруги 2 На інвертуючий вхід першого підсилювача напруги подається напруга д ж е р е л а зміщення З З виходу першого підсилювача напруги сигнал подається на вхід першого керованого д ж е р е л а струму 4, я к е забезпечує струм через ф о т о д ю д оптрона 5 Таким чином реалізується залежність струму фотодіоду опт р о н а від вихідного струму Напруга з фотодіоду оптрона подається на неінвертуючий вхід другого підсилювача напруги 6, на інвертуючий вхід якого подається напруга з виходу подільника напруги 7 Коефіцієнт передачі подільника напруги визначає коефіцієнт підсилення другого підсилювача напруги На вхід другого керованого д ж е р е л а струму 8 подається сигнал для імітації ЗОВНІШНІХ ВПЛИВІВ (ЗМІНИ освітленості), що дозволяє досліджувати перехідні характеристики системи в умовах, близьких до реальних Друге 9 т а перше 10 д ж е р е л а напруги забезпечують ж и в л е н н я підсилювачів напруги т а керованих джерел ж и в л е н н я Напруга з виходу пристрою, я к и м є вихід другого підсилювача напруги, подається на навантаження, замикаючі коло негативного зворотного зв'язку Таким чином на навантаженні реалізується режим роботи, аналогічний режиму роботи енергосистеми від батареї сонячних фотоперетворювачів через те, що ф о р м а ВАХ ф о т о е л е м е н т а т а ф о р м а ВАХ фотодіоду ідентичні [4], причому коефіцієнт підсилення напруги приладу к„ = Uu K2RH коефіцієнт підсилення струму приладу 42410 — Г+, п К п Де UH - напруга навантаження, Un - напруга на фотодюді оптрона, (при RH=°°, U n =U xx , де U x x - напруга холостого ходу фотоДіоду), Ін - струм навантаження, Іп - струм фотодіоду оптрона (при RH=0, Іп=Ікз, де І к з - струм короткого замикання фотодіоду оптрона, Кі - коефіцієнт підсилення першого підсилювача напруги, «2 - коефіцієнт підсилення другого підсилювача напруги, [ - коефіцієнт передачі подільника напруги, З G - передаточна провідність першого керованого джерела струму, RH - опір навантаження (в загальному випадку комплексний), R flT - опір перетворювача струм-напруга, ГфД - нелінійний опір фотодіоду оптрона Як видно з формул (*) та (**), змінюючи коефіцієнт передачі подільника напруги [3, коефіцієнти підсилення підсилювачів напруги К-і, «2 та опір перетворювача струм-напруга R flT можна моделю вати ВАХ батарей сонячних фотоперетворювачів з різними значеннями U x x та І к з Таким чином, в даному винаході, на відміну від прототипу, реалізовано безперервний процес відтворення ВАХ, внаслідок чого підвищується точність відтворення ВАХ та швидкодія приладу, тобто використання технічного рішення, що пропонується, підвищує точність настройки та ремонту енергосистем, дозволяє досліджувати більш швидкоплинні процеси в енергосистемах, крім того, наявність входу регулювання ВАХ дозволяє досліджувати також перехідні процеси в енергосистемах, які обумовлені зміною ЗОВНІШНІХ факторів Джерела інформації 1 Renewable energy world, травень-червень 2000, 144 crop , crop 84 2 A c №1752196, G06G7/62 3 Искусство схемотехники П Хоровиц, У Хилл В 3-х томах, Т 1 Пер с англ - 4 изд М Мир, 1993г - 4 1 3 с , с 79 4 Полупроводниковые приборы Н М Тугов, Б А Глебов, Н А Чарыков М Энергоатомиздат, 1990 г, 576 стр , стр 413 ФІГ. 1 42410 LA 9 10 Фіг. 2 11 U9B ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Киів-133, бульв Лесі Українки, 26 (044)295-81-42, 295-61-97 Підписано до друку Обсяг обл -вид арк 2002 р Формат 60x84 1/8 Тираж 50 прим Зам УкрІНТЕІ, 03680, Киів-39 МСП, вул Горького, 180 (044) 268-25-22 12 13