УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ИЗБЫТОЧНОЙ МОЩНОСТИ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ИЗБЫТОЧНОЙ МОЩНОСТИ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ


RU (11) 2158436 (13) C2

(51) 7 G05B19/02, G05B23/02 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 98120734/09 
(22) Дата подачи заявки: 1998.11.11 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1998.11.11 
(45) Опубликовано: 2000.10.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2028654 C1, 09.02.1995. SU 1227028 A1, 30.07.1994. RU 2050576, 20.12.1995. JP 10187211 A2, 14.07.1998. WO 09609574 A1, 28.03.1996. JP 01147603 A2, 09.06.1989. 
(71) Заявитель(и): ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "КОСМОС ЭНВО" 
(72) Автор(ы): Микушин Е.Г.; Тищенко А.К. 
(73) Патентообладатель(и): ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "КОСМОС ЭНВО" 
Адрес для переписки: 394006, г.Воронеж, ул. 20-летия Октября 90, ООО "КОСМОС ЭНВО" 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ИЗБЫТОЧНОЙ МОЩНОСТИ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ 

Изобретение относится ко вторичным источникам питания и может быть использовано для питания радиоэлектронной аппаратуры, при использовании в качестве первичного источника солнечной батареи. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения надежной работы в условиях вакуума. Устройство содержит разделительный диод, транзисторы, конденсатор, схему управления транзисторами, схему гашения дугового разряда, включающую датчики высокого и низкого напряжения, устройство совпадения, устройство временной задержки, таймер. 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится ко вторичным источникам электропитания и может быть использовано для питания радиоэлектронной аппаратуры, при использовании в качестве первичного источника солнечной батареи (СБ).

Известно устройство для регулирования избыточной мощности СБ путем закорачивания СБ на транзисторный ключ, выполненный на параллельно включенных через предохранители транзисторах (РТ-50 по ЕИГА. 435264.001). Это устройство, принятое в качестве прототипа, состоящее из параллельно включенных по входу и выходу силовых модулей, содержит в каждом из силовых модулей, разделительный диод, включенный между одноименными полюсами СБ и нагрузки, конденсатор, включенный параллельно выходным шинам для подключения нагрузки, параллельно СБ через предохранители включены транзисторы, управляемые общей для всех модулей схемой управления в функции выходного напряжения.

Указанное устройство регулирует избыточную мощность СБ путем ее закорачивания на транзисторные ключи. При отказе в одном из модулей любого из транзисторов выгорает предохранитель, отключающий вышедший из строя транзистор, за счет чего обеспечивается высокая надежность указанного устройства.

К недостаткам известного устройства для регулирования избыточной мощности солнечной батареи можно отнести то, что при эксплуатации устройства в условиях вакуума и напряжениях солнечной батареи свыше 30-100 В, использовать предохранители, выпускаемые промышленностью, для отключения неисправного транзистора не представляется возможным, по причине возникновения коронного (дугового) разряда, не пропадающего в предохранителе после выгорания плавкой вставки.

Задачей, на решение которой направлено создание предлагаемого технического решения, является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности его надежной работы в условиях вакуума.

Поставленная задача решается тем, что устройство для регулирования избыточной мощности солнечной батареи, содержащее разделительный диод, включенный между одноименными полюсами солнечной батареи и выходными шинами для подключения нагрузки, транзисторы, подключенные параллельно солнечной батарее через предохранители, конденсатор, включенный параллельно выходным шинам для подключения нагрузки и схему управления транзисторами, включающую усилитель рассогласования, широтно-импульсный регулятор и предварительный усилитель, дополнительно содержит схему гашения дугового разряда, включающую датчики высокого и низкого напряжения, входами, связанные с солнечной батареей, а выходами подключенные к устройству совпадения, выход которого через устройство временной задержки связан с входом таймера, один из выходов которого подключен ко входу указанного предварительного усилителя, его другой выход подключен к устройству временной задержки, выход которого связан с входом устройства совпадения, при этом входы синхронизации устройства временной задержки и таймера связаны с выходом широтно-импульсного регулятора.

На фиг. 1 представлена схема устройства регулирования избыточной мощности СБ с устройством гашения дуги; на фиг. 2 представлена вольтамперная характеристика СБ; на фиг. 3 - временная диаграмма, поясняющая работу устройства со схемой гашения дуги.

Устройство содержит высоковольтную солнечную батарею (СБ) 1, параллельно включенные по входу и выходу силовые модули, в каждый из которых входят разделительный диод 2, включенный между одноименными полюсами СБ и выходными шинами для подключения нагрузки 8, транзисторы 3 и 4, включенные через предохранитель 5 и 6 параллельно СБ, конденсатор 7, включенный параллельно выходным шинам для подключения нагрузки 8 и общую для всех силовых модулей схему управления 9, состоящую из усилителя рассогласования 10, широтно-импульсного регулятора 11 и предварительного усилителя 12, схему гашения дуги 13, состоящую из двух датчиков высокого и низкого напряжения 14, 15, включенных через устройство совпадения 16, устройство временной задержки 17 и таймер 18 на вход предварительного усилителя 12.

Устройство работает следующим образом.

Поддержание стабильного выходного напряжения устройства на нагрузке 8 осуществляется регулированием избыточной мощности СБ путем закорачивания СБ на транзисторы 3, 4, которые перемещают рабочую точку на вольтамперной характеристике СБ (ВАХ СБ) из точки А в точку Г и обратно (см. фиг. 2). При этом стабилизация выходного напряжения происходит с использованием широтно-импульсной модуляции.

Управление транзисторами 3,4 осуществляет схема управления 9, посредством сравнения выходного напряжения на нагрузке 8 с опорным напряжением в усилителе рассогласования (УР) 10. Усиленный сигнал рассогласования с выхода УР 10 поступает на широтно-импульсный регулятор 11 и с через предварительный усилитель 12 в базу транзисторов 3, 4. Диод 2 предотвращает разряд конденсатора 7 через открытые транзисторы 3, 4.

Схема гашения дуги 13 работает следующим образом.

При отсутствии отказов транзисторов, в установившемся режиме, на входы датчиков высокого и низкого напряжения 14 и 15 поступают импульсы от солнечной батареи 1 (интервал t0-t2 на фиг. 3а) с амплитудой, изменяющейся от 0 В до 120 В. При этом импульсы "логического нуля" (0 В) датчик высокого напряжения 14 вырабатывает при амплитуде входного сигнала больше его опорного напряжения, которое соответствует точке Б на фиг. 2 (см. момент t0 на фиг. 3а), 3б)), а датчик низкого напряжения 15 - при значении входного сигнала меньше его опорного напряжения, соответствующего точке В на фиг. 2 (см. момент t1 на фиг. 3а), 3в)).

Таким образом, датчики высокого и низкого напряжения 14 и 15 в интервале t0-t2 (фиг. 3б), 3в)) формируют импульсные сигналы, которые в противофазе поступают на вход устройства совпадения 16, поэтому он находится в исходном состоянии (интервал t0-t2 на фиг. 3 г)). При этом устройство временной задержки 17 и таймер 18 не включаются и не оказывают влияние на работу транзисторов 3, 4 силовых модулей (интервал t0-t2 на фиг. 3д), 3е)).

При замыкании одного из транзисторов в любом силовом модуле (например в 1-ом) произойдет выгорание плавкой вставки предохранителя, защищающего вышедший из строя транзистор, и образование коронного (дугового) разряда между наконечниками предохранителя, которые и будут являться анодным и катодным пятном дуги соответственно.

При этом напряжение СБ 1 станет равно напряжению дуги Uд, которое определится из соотношения:

Uд = A + BL,

где A - сумма падений напряжений на анодном и катодном пятнах, равное 10 В;

B - напряжение дуги на 1 мм дины дуги, равное 2 В;

L - расстояние между пятнами (анод-катод), мм.

Например, предохранитель ВП1-2-5А-250 В имеет расстояние между наконечниками 10 мм, тогда напряжение дуги будет равно: Uд = 10 + 210 = 30 В.

Поскольку выходное напряжение устройства понизится и выйдет из зоны стабилизации, то схема управления 9 в момент t3 (фиг. 3а)) закроет силовые транзисторы в силовых модулях и переведет устройство в режим трансляции напряжения СБ в нагрузку 8 через диод 2.

Таким образом, при возникновении дуги рабочая точка СБ будет находиться в "зоне наличия дуги" (интервал Б-В на ВАХ СБ фиг. 2). При этом на выходе датчиков высокого и низкого напряжения 14, 15 появятся сигналы "логической единицы" (t3 на фиг. 3б), 3в)), т.к. в датчике высокого напряжения 14 значение входного сигнала станет меньше его опорного напряжения, определяемого точкой Б на фиг. 2, а в датчике низкого напряжения 15 входной сигнал станет больше его опорного напряжения, соответствующего точке В на фиг. 2. По сигналам с датчиков высокого и низкого напряжения 14, 15 сработает устройство совпадения 16 (t3 фиг. 3г)) и запустит устройство временной задержки (УВЗ) 17. По истечении нескольких периодов тактовой частоты широтно-импульсного регулятора 11 УВЗ вырабатывает сигнал (t4 фиг. 3д)), который удерживает устройство совпадения 16 в сработанном состоянии и оно не зависит от состояния датчиков высокого и низкого напряжения 14, 15, а также включает таймер 18 (t4 фиг. 3е)), который через предварительный усилитель 12 принудительно открывает транзисторы 3, 4 во всех силовых модулях устройства, в результате чего рабочая точка СБ 1 переместится в точку Г (фиг. 2) на ВАХ СБ 1.

Поскольку напряжение СБ 1 становится равным нулю (t4 фиг. 3а)), то дуга погаснет и предохранитель отключит от шин СБ 1 вышедший из строя транзистор. По истечении времени таймер 18 выключится (t5 фиг. 3е)) и вернет в исходное состояние устройство временной задержки 17 и устройство совпадения 16 (t5 фиг. 3г), 3д)) в результате чего устройство возвращается в исходное рабочее состояние, осуществляя стабилизацию выходного напряжения. При повторном возникновении дуги в любом из силовых модулей процесс повторится. Ширину "зоны наличия дуги" (интервал между точками Б и В на фиг. 2) целесообразно выбрать в диапазоне от 10 В до 70 В с тем, чтобы унифицировать схему гашения дуги, т.к. при использовании предохранителей другого типа значение Uд может изменяться в связи с изменением параметра L (см. формулу Uд).

Следует отметить, что разработка и производство предохранителей со специальными химическими наполнителями, способными гасить дуговой разряд в условиях вакуума и напряжениях свыше 30-100 В, трудоемки и требуют больших финансовых затрат.

Предлагаемое изобретение обеспечивает возможность применения промышленных предохранителей при эксплуатации устройства в условиях вакуума за счет использования специальной схемы распознавания наличия дуги в сработавшем предохранителе и ее гашения.

В настоящее время на предприятии ТОО НПК "Космос-ЭНВО" изготовлены опытные образцы предлагаемого устройства.

Испытания подтвердили высокую работоспособность устройства. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Устройство для регулирования избыточной мощности солнечной батареи, содержащее разделительный диод, включенный между одноименными полюсами солнечной батареи и выходными шинами для подключения нагрузки, транзисторы, подключенные параллельно солнечной батарее через предохранители, конденсатор, включенный параллельно выходным шинам для подключения нагрузки, и схему управления транзисторами, включающую усилитель рассогласования, предназначенный для сравнения выходного напряжения нагрузки с опорным напряжением упомянутого усилителя рассогласования, сигнал с выхода которого поступает на широтно-импульсный регулятор и через предварительный усилитель, предназначенный для принудительного открытия транзисторов, на базы транзисторов, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит схему гашения дугового разряда, включающую датчики высокого и низкого напряжения, входами связанные с солнечной батареей, а выходами подключенные к устройству совпадения, выход которого через устройство временной задержки связан с таймером, один из выходов которого подключен к входу указанного предварительного усилителя, другой выход таймера подключен к устройству временной задержки, выход которого связан со входом устройства совпадения, при этом входы синхронизации устройства временной задержки и таймера связаны с выходом широтно-импульсного регулятора.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru