Спосіб передачі електричної енергії акумуляторній батареї від генератора постійного струму

Спосіб передачі електричної енергії акумуляторній батареї від генератора постійното струму шляхом проведення зарядно-розрядних циклів, коли до акумулятора підводиться струм від двох генераторів заданої тривалості, причому цикли заряду та розряду почергово повторюються, який АКУМУЛЯТОРНІЙ БАТАРЕЇ ВІД ГЕНЕРАТОРА відрізняється тим, що коли напруга на генераторі постійного струму менша, ніж напруга на акумуляторній батареї, як другий генератор застосовують проміжний накопичувач енергії, який заряджають струмом, що одержують шляхом послідовного та ВІДПОВІДНОГО з'єднання виходів акумуляторної батареї та генератора постійного струму, а потім послідовно та ВІДПОВІДНО з'єднують виходи проміжного накопичувача енергії та генератора постійного струму і їх струмом заряджають акумуляторну батарею, причому тривалість заряду та розряду акумуляторної батареї в циклі вибирають однаковою, крім того при напрузі на генераторі більшій, ніж напруга акумуляторної батареї, використовують в циклі тільки заряд акумуляторної батареї, приєднуючи до неї вихід генератора постійного струму О Винахід відноситься до галузі електротехніки та може бути використаний при виробництві електричної енергії за допомогою вітроелекгрогенератора, який працює в автоматичному режимі на накопичувач електричної енергії в вигляді акумуляторної батареї Як відомо, вітроелектроагрегат може передавати електричну енергію накопичувачу якщо його ВИХІДНІ характеристики узгоджені з характеристиками накопичувача у вигляді акумуляторної батареї ВІДОМІ існуючі вітроелектроагрегаги здатні виробляти електричну енергію з характеристикою, яка узгоджується з характеристикою наколичувача при швидкості вітру 6 - 7м/с (Преобразование и использование ветровой энергии /О Г Денисенко, Г А Козловский, Л П Федосенко, А И Осадчий К Техника, 1992-г 15-16) Як показують дослідження на теренах України така і більша швидкість вітрового потенціалу існує не більше ніж 20 - 30% річного часу В той час існують вітроагрегагати (Нетрадиционные источники" энергии/Н М Волеваха, В А Волеваха-К Вища школа,1988- с 49-50), які можуть починати працювати і здатні виробляти електричну енергію при швидкості вітру 2 - 4м/с, але при дуже низькій напрузі на виході генератора, яка не узгоджується з напругою накопичувача Тому виникає проблема використання електричної енергії, яку може виробляти вітроелектроагрегат при низькому вітровому потенціалі Відомий спосіб узгодження характеристик за рахунок використання тихохідних генераторів з великою КІЛЬКІСТЮ полюсів на обмотці статора, або мультиплікатора з великим (п = 20 - ЗО) числом передачі обертів Недолік цього способу полягає в великих втратах при перетворенні механічної енергії в електричну (ЗО - 50%), додаткових капітальних витратах та збільшенню масо-габаритних розмірів установки (Электрические машины непосредственного привода/Д В Свечарник М Энергоатомиздаг, 1988 - с 14) Відомий також спосіб, який можна використати для вирішення цієї проблеми шляхом підключення між системою електропостачання та акумуляторною батареєю напівпровідникових зарядних пристроїв з ємнісним накопичувачем енергії (Полупроводниковые зарядные устройства емкостных накопителей енергии/О Г Булатов, В С Иванов, Д И Панфилов -М Радио и связь, 1986 - с 160) Ці ГО о (О 46093 джерела вторинного електропостачання викориснапруга якого менша ніж напруга акумуляторної товують для узгодження характеристик системи батареї в якому за рахунок використання енергії електропостачання з характеристикою навантапроміжного накопичувача енергії, який заряджають ження Загальним їх недоліком є складність сповід акумуляторної батареї та генератора постійнособу вирішення цієї проблеми Дійсно В своїй струго, струму в одному циклі і розряджають на акумуктурі вторинне джерело електропостачання ляторну батарею послідовно з генератором помістить електричну частину та систему керування стійного струму в другому циклі досягається Електрична частина має три функційні частини можливість заряджати, акумуляторну батарею при ємнісний накопичувач енергії, зарядний пристрій любій напрузі на генераторі, ВІДМІННІЙ ВІД нуля та розрядний пристрій При цьому узгодження хаПоставлена задача вирішується тим, що в рактеристик джерела вторинного електропостаспособі передачі електричної енергії, шляхом прочання з системою електропостачання виконують ведення зарядно-розрядних циклів, при яких до зарядний пристрій та ємнісний накопичувач енеракумулятора підводиться струм від двох генератогії, а функцію узгодження з характеристикою наварів, заданої продовженості, причому цикли заряду нтаження розрядний пристрій та накопичувач Зата розряду почергово повторюються, згідно з вирядний та розрядний пристрій функціонують в находом коли напруга на генераторі постійного різний часових проміжках та слабо взаємодіють струму менша ніж напруга на акумуляторній батаміж собою Система керування обробляє сигнали, реї, в якості другого генератора застосовують які поступають в загальному випадку по чотирьох проміжний накопичувач енергії, який заряджають каналах, двох вхідних та двох вихідних, та форструмом, що створюють шляхом послідовного та мують керуючі сигнали на входах двох блоків елеВІДПОВІДНОГО з'єднання виходів акумуляторної бактричної частини - зарядного пристрою та розрядтареї та генератора постійного струму, а потім ного пристрою послідовно та ВІДПОВІДНО з'єднують виходи проміжного накопичувача енергії та генератора постійВідомий спосіб подвоєння величина напруги ного струму і їх струмом заряджають акумуляторну системи електропостачання (Справочник по схебатарею, причому продовженість заряду та розрямотехнике для радио любите ля/ В П Боровский, ду акумуляторної батареї в циклі вибирають однаВ И Костенко, В М Михайленко, О Н Партала Под ковою і такої величини, щоб незалежно від рівня ред В П Боровсы'кого - К Техника, 1987 с 189-193) напруги на генераторі постійного струму в кожному за допомогою джерела вторинного електропостациклі акумуляторній батареї передавалась максичання та підключення його на вихід навантаження мальна енергія, при напрузі на генераторі більше Подвоєння напруги здійснюється почерговим заніж напруга акумуляторної батареї використовурядом двох послідовно з'єднаних конденсаторних ють в циклі тільки заряд акумуляторної батареї, батарей до напруги генератора постійного струму, приєднуючи до неї вихід генератора постійного шляхом керування станом електронного перемиструму кача генератора прямокутних імпульсів в ланцюзі заряду, та додавання напруги двох конденсаторТаким чином, даний спосіб передачі електричних батарей за допомогою третьої конденсаторної ної енергії акумуляторної батареї від генератора батареї, яку підключають паралельно до двох попостійного струму дозволяє заряджати акумулятопередніх, ланцюг розряду накопичувача потрібно рну батарею при любій напрузі на генераторі, ВІДформувати окремо Крім складності такий спосіб МІННІЙ ВІД нуля, що розширює функціональні можмає ще й функціональну обмеженість, так як заряд ливості Нижній рівень напруги на генераторі при акумуляторної батареї від такого перетворювача якій доцільно заряджати акумуляторну батарею можливий лише тоді, коли напруга на генераторі обмежуються лише економічною ДОЦІЛЬНІСТЮ, тоббільше половини напруги на акумуляторній батато втратами енергії в активних елементах ланцюга реї Коефіцієнт корисної дії такого способу перезаряду Не потрібно використовувати складну сисдачі енергії низький, так як потрібно використовутему автоматичного регулювання напруги джеревати два режима заряду і третій режим розряду в ла струму, що підвищує його економічність На кожному з яких є втрати енергії відміну від існуючих, в даному способі для заряду проміжного накопичувача - конденсаторної батареї Найбільш близьким по технічній суті є спосіб одночасно використовується як енергія акумулязаряду акумуляторної батареї (Способ заряда ниторної батареї так і енергія генератора, а заряд кель-кадмиевого щелочного акумулятора и схема акумуляторної батареї відбувається при напрузі, для его осуществления, А С № 1547716 СССР кл яка дорівнює сумі напруги акумуляторної батареї НОШ 10/44, Н 02j 7/00 опубл БИ №8 от 28 феврата подвійному значенню напруги генератора, тобля 1990 г), в якому використовується цикл заряду то енергія акумуляторної батареї використовуєтьта розряду акумуляторної батареї при яких до ся тільки для передачі енергії генератора акумулятора підводиться струм від двох генераторів, заданої величини та продовжності, при чому На відміну від існуючих способів передачі елецикли заряду та розряду почергово повторюються ктричної енергії акумулятори батареї від генератора постійного струму ланцюги заряду конденсатоНедолік цього способу полягає в його функцірної та акумуляторної батареї мають однакові ональній обмеженості, так як здійснення його мопараметри, тому час заряду при якому різниця між жливе лише тоді, коли існує генератор, напруга енергією заряду та розряду акумуляторної батареї якого значно перевищує напругу акумуляторної буде максимальною, залежить тільки від вибраних батареї параметрів ланцюга заряду і не залежить від наВ основу винаходу поставлена задача ствопруги генератора Цей час завжди можна поперерення способу передачі електричної енергії акумудньо визначити і не виникає необхідність контроляторній батареї від генератора постійного струму, 46093 лювати напругу, струм та вводити зворотні звязки опір відкритих транзисторів електронного перемив системі керування при переключені ланцюгів, що кача б, від'ємний затискувач акумуляторної батазначно спрощує схему реалізації способу передачі реї 3 (див фіг 2), в якій Е5 Ег - ВІДПОВІДНО е р с енергії та зменшує втрати енергії акумуляторної батареї та генератора, R5, RK, Rr На фіг 1 наведена принципова схема приВІДПОВІДНО активний опір акумуляторної батареї, строю, який реалізує запропонований спосіб, на перехідний опір перемикача та генератора, С фіг 2 розрахункова схема заряду конденсаторної ємність конденсаторної батареї, І_г - індуктивність батареї при нульових початкових умовах, на фіг З обмотки генератора розрахункова схема заряду акумуляторної батаЯкщо вважати Ег = const, та нульові початкові реї, на фіг 4 розрахункова схема заряду конденсаумови иС(0) - 0, то струм перехідного процесу заторної батареї при ненульових початкових умовах, ряду конденсаторної батареї в операторній формі на фіг 5 залежність енергії яку віддає генератор може бути визначений, як акумуляторній батареї за цикл и розрядута заряду , 5 + Г 5 + Г від часу переключення ланцюга заряду (t3) '(Р) p(R E Пристрій для реалізації способу містить в собі СР (фіг 1) генератор 1 постійного струму, рухома часДе оператор, Р тина якого встановлена з можливістю обертання за допомогою турбіни 2, акумуляторну батарею З, =2Rk+R3+Rr,5 = конденсаторну батарею 4, додатній затискувач LrC 2Lr якої приєднаний до додатного затискувача акумуПри переході від зображення до оригіналу ляторної батареї, чотири однакові електронні пеотримаємо ремикачі 5, 6, 7, 8 з'єднаннях в мостову схему в ,Р2' одну з діагоналей якої підключений генератор 1 i(t)= — Е в Л Е г „ (eF постійного струму, а в другу ВІД'ЄМНІ затискувачі ВІДПОВІДНО конденсаторної та акумуляторної батаЯкщо параметри схеми підібрані так, що 5 > соо рей 4, 3 ВІДПОВІДНО, причому кожен з перемикачів, то процес заряду буде аперіодичним Через пронаприклад, складається з транзисторів 9, 10 для міжок часу t = t3, заданий параметрами генератора перемикачів 6, 8 протилежної структури та резис13 прямокутних імпульсів, конденсаторна батарея торів 11, 12, керованим генератором -13 прямоку4 заряджається до напруги U C ( K j = Е 3 + Е г , а тних імпульсів, виконаного у вигляді мультивібраструм заряду буде близький до нуля, виникає змітора за допомогою, наприклад, транзисторів 14, на стану генератора 13 прямокутних імпульсів 15, резисторів 16, 17, 18, 19 та конденсаторів 20, Зникає сигнал на першому його виході, електронні 21 підключений, на вихід давача 22 постійної стаперемикачі 6 та 7 розривають ланцюг заряду конбільної напруги, два виходи ВІДПОВІДНО на входи денсаторної батареї, одночасово виникає прямодвох однакових електронних підсилювачів 23, 24, кутний сигнал на другому його виході, який перекожен з яких складається з транзистора 25 та резисторів 26, 27, 28, причому вихід електронного дасться через електронний підсилювач 23 на вхід підсилювача 23 підключений до входу електроелектронних перемикачів 5, 8, вони замикаються нних перемикачів 5 та 8, а електронного підсилюта створюють ланцюг заряда акумуляторної батавача 24 до входу електронних перемикачів 6 та 7, реї 3 (див фіг 3) порогового пристрою 29, який складається з транСтрум перехідного процесу заряду акумулятозистора ЗО, стабілітрона 31, резисторів 32, 33, вхід рної батареї в операторній формі якого підключений на вихід генератора постійного _ Е3 + 2 Е Г - Е 5 _ 2ЕГ струму І, а вихід паралельно входу транзистора 15 Lr генератора 13 прямокутних імпульсів, діод 34 для 1 РІ R z + pL r створення ланцюга заряду акумуляторної батареї З безпосередньо від генератора 1, вимикач запоЗначення оригіналу струму біжник 35 для ручного запуска схеми та захисту від надструму і амперметр 36 для контролю струму Р1 Р2 -(е '-е ') H(t) = генератора 1 (2) Е Спосіб реалізуються таким чином При замкнутому контакті вимикача запобіжника 35 і швидкості вітру достатній для запуска генератора 13 прямокутних імпульсів від давача 22 постійної стабільної напруги та появи напруги на генераторі І, на першому виході генератора ІЗ прямокутних імпульсів з'являється прямокутний імпульс який підсилюється за допомогою електронного підсилювача 24 та одночасно подається на входи електронного перемикача 6 та 7, які замикають ланцюг заряда конденсаторної батареї, по шляху (фіг 1), який включає такі елементи, додатній затискувач акумуляторної батареї 3, конденсаторна батарея 4, перехідний опір відкритих транзисторів перемикача 7, від'ємний затискач генератора 1, внутрішній опір генератора І постійного струму, перехідний Е Е Е Після ТОЮ, ЯК струм заряду акумуляторної батареї буде близьким до нуля тобто при t = t3 генератор імпульсів знов змінює свій стан та генерує імпульс, на переключення перемикачів 6, 7 та 5, 8, утворюючи ланцюг на заряд конденсаторної батареї 4 Так, як конденсаторна батарея 4 в попередньому режимі розряджається до напруги UС(0) то струм її заряду може бути визначений в операторной формі згідно розрахунковій схемі, зображеній на фіг 4 може бути визначений як E s +Er-E5 + Er 2ЕГ 2(Р) p|RE +pL Рс р| R E +pL значення оригіналу струму Рс 46093 I2(t) = 2Ег 2 2L r J5 -a§ -(e p f -e p 2 ) (3) тобто n(t) та i2(t) однакові по величині та протилежні по напрямку Як і в попередньому випадку конденсаторна батарея заряджається до напруги Uc(cc) = Е§ + Е г , а після переключення ланцюга заряду до акумуляторної батареї в перший момент часу (t = 0) підводиться напруга и С ( 0 ) = Е 3 + Е Г , тому струм заряду акумуляторної батареї буде визначатися по (2) Таким чином, при ненульових початкових умовах, що відповідає реальному режиму роботи вітроустаиовки, струм заряду конденсаторної та акумуляторної батареї будуть однакові по величині та протилежні по знаку Визначимо енергію акумуляторної батареї, яка використовується для заряду конденсаторної батареї при ненульових початкових умовах W k =U5-H(t)-t 3 = ( E 5 - i 1 ( t ) - R 5 ) - i 1 ( t ) - t 3 (4) Енергію заряду акумуляторної батареї можна визначити як 'ад Лч и (5) Де U di 2(t) 23 - Е 3(0)0 - І 2(t) ' 8 рній батареї за цикл заряду конденсаторної та акумуляторної батарей AW = W K - W k - i 1 ( t ) t3|E6 + 2 E r - E 6 - i 1 ( t ) (R r + 2R B +R 6 ) J = 2R, U На фіг 5 побудована залежність Д\Л/ = f(t3) при Ег = const, для параметрів реального вітроелектроагрегату, де R5 = 0,06Ом, Rr = 0,4Ом, Lr = 1,67 • 10 3 Гн, RB = 1 0 М , С = 22- 10 Зф Із фіг 5 видно, що Д\Л/ зростає із збільшенням Ег, але максимальне його значення має місце при одному і тому ж t3 Для данного випадку t3 = 0,04с, йогго величина залежить від співвідношення параметрів ланцюга заряду конденсаторної та акумуляторних батарей і може бути попередньо визначена та задана генератором 13 прямокутних імпульсів, шляхом ЗМІНІ' значення опору резисторів 17 та 18 Коефіцієнт корисної дії передачі електричної енергії акумуляторній батареї від генератора постійного струму можна визначній, як " = П W 3 + 2i|(t)(R 5 + R1 - 2R B ) • t 3 + Wn к де Д\Л/л к енергія, яка витрачається для переключення ланцюгів заряду та розраду Після підстановки dt Використовуючи рівняння (4) та (5) можна визначити енергію, яку віддає генератор акумулятоEA Ег + 2 1 B (Rr+2RB)(ep1t_ep2t^ , U2 fDP1t )(pP1t_pP2t)_(P1 DP2 (8) -P2e / 2 2 Для попередньо вибраних параметрів після підстановки в рівняння (8) отримаємо, що при ЗМІНІ Ег в межах 2 - 12В п змінюється ь межах 0,954 096 Коли напруга генератора І буде перевищувати напругу акумуляторної батареї 3, то спрацьовує пороговий пристрій 29, відкривається транзистор ЗО та шунтує вхід транзистора 15, який закривається, а транзистор М залишається відкритим, що приводить до відкриття транзисторів 25, 9, 10 і генератор через перемикач 5 та діод 34 підключається до акумуляторної батареї, При знижені напруги на генераторі і нижче напруги акумуляторної батареї 3 транзистор ЗО закривається і схема генератора 13 прямокутних імпульсів переходить ь попередиш режим роботи, Пуск та зупинка роботи пристрою вручну здійснюється за допомогою вимикача-запобіжника 35 Використання запропонованого способу передачі електричної енергії акумуляторній батареї в порівнянні з відомими способами розширює функціональні можливості, так як забезпечує заряд акумуляторної батареї практично від будь-якого значення напруги на генераторі, відмінної від ну льовою значення, Досягається це завдяки тому, що при заряді проміжного накопичувача у вигляді конденсаторної батареї використовується не тільки енергія генератора, але й акумуляторної батареї, а при заряді акумуляторної батареї використовується не тільки енергія проміжного накопичувача, але й енергія генератора Крім цього параметри ланцюга заряду конденсаторної та акумуляторної батареї однакові) це дозволяє попередньо визначити проміжок часу через який повинно здійснюватись переключення електронних перемикачів, при якому акумуляторній батареї передається максимальна енергія незалежно від напруги генератора Тому нема необхідності в процесі переключення контролювати величину напруги та струму в ланцюгах заряду та застосовувати відносно складну систему автоматичного керування напругою генератора постійного струму, що спрощує схему ,та зменшує втрати енергії при передачі її від генератора до акумуляторної батареї Фіг.1 11 46093 12 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71