ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ИСКАЖЕНИЯ СИНУСОИДАЛЬНОСТИ ТОКА РЕКУПЕРАЦИИ ОТ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРИ УПРАВЛЕНИИ ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ РАЗРЯДОМ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ В СЕТЬ СИГНАЛОМ С ОДНОТАКТНОЙ ОДНОСТОРОННЕЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

С.С. Фролов, Д.А. Шатилов

DOI: 10.47026/1810-1909-2021-1-146-153

Ключевые слова

принудительный разряд аккумуляторов, коэффициент искажения синусоидальности, ток рекуперации, управление с помощью однотактной односторонней широтно-импульсной модуляцией, активный выпрямитель.

Аннотация

Для современных удалённых и замкнутых систем бесперебойного питания востребована процедура принудительного разряда аккумуляторных батарей. Указанный процесс принудительного разряда целесообразно осуществлять с рекуперацией в сеть. Такой способ приводит: во-первых, к уменьшению массы зарядно-разрядных устройств за счёт исключения из последних мощных резистивных нагрузок; во-вторых – к заметной экономии электроэнергии для замкнутых автономных объектов. При этом для тока рекуперации предъявляются повышенные требования к его синусоидальности, на коэффициент искажения которой существенно влияют соотношения между ЭДС аккумуляторной батареи и амплитудой напряжения сети, током разряда и максимальным током катушки активного выпрямителя. Также возможно влияние соотношения между частотой управляющего широтно-импульсного сигнала и частотой тока рекуперации (частотой сети). В бесперебойных системах применяются аккумуляторные батареи с различной суммарной ЭДС и ёмкостью, определяющей ток разряда. Кроме того, упомянутые величины изменяются в ходе эксплуатации, и при принудительном разряде могут применятся различные методики, отличающиеся соотношением тока разряда с ёмкостью аккумуляторной батареи и законом его изменения. Поэтому в ходе разработки универсальной системы принудительного разряда батареи в сеть с широтно-импульсным управлением формой возвратного тока актуальна информация о зависимостях коэффициента искажения синусоидальности от указанных выше соотношений между напряжением аккумуляторной батареи и амплитудой напряжения сети, током разряда и максимальным током катушки активного выпрямителя, а также от количества импульсов на период тока рекуперации. В статье представлены результаты работы по получению диаграмм указанных зависимостей. Для получения последних сформирована функция выходного тока активного выпрямителя – тока рекуперации, затем его спектральная функция. С использованием последней выполнена оценка искажений формы тока на основе спектрального подхода. Полученные результаты востребованы при разработке модулей программ для микроконтроллеров широтно-импульсных регуляторов тока рекуперации, реализующих алгоритмы формирования кривой тока с приемлемыми значениями коэффициента искажения синусоидальности при изменении параметров аккумуляторной батареи, сети и тока разряда.

Литература

1. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. 5-е изд., стереотип. М.: Высш. шк., 2005. 462 с.
2. Берендс Д.А., Кукулиев Р.М., Филиппов К.К. Приборы и системы автоматического управления с широтно-импульсной модуляцией. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982. 280 с.
3. Гармонические искажения в электрических сетях [Электронный ресурс] // Schneider Electric. Техническая коллекция Schneider Electric. 2018. Вып. № 22. 32 с. URL: http://www.pro-schneider.ru/content/files/140.pdf (дата обращения: 28.08.2020).
4. Каменев Ю.Б., Лушина М.В., Яковлев В.А., Леонов В.Н. Новый свинцово-кислотный аккумулятор для морских подводных аппаратов // Электрохимическая энергетика. 2009. Т. 9, № 3. С. 166–170.
5. Константинов Г.Г., Фам Конг Тао, Киселев В.И. Техническое совершенствование автономного зарядно-разрядного электротехнического комплекса аккумуляторных батарей подводных аппаратов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22, № 3(134). С. 154–171.
6. Пат. 2595267 Российская Федерация, МПК H 02 J 7/24. Мобильный зарядно-разрядный комплекс для корабельных аккумуляторных батарей / Темирёв А.П., Цветков А.А., Киселёв В.И. и др., заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Малое инновационное предприятие «Мехатроника» Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института)». 2015120990/07. Заявл. 02.06.2015, опубл. 27.08.2016, Бюл. №24. 12 с.
7. Петровичев М.А., Гуртов А.С. Система энергоснабжения бортового комплекса космических аппаратов. Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосмического ун-та, 2007. 88 с.
8. П.м. 103427 Российская Федерация, МПК H 02 J 7/10. Зарядно-разрядное устройство для аккумуляторных батарей / Мишин В.Н., Бубнов О.В., Ракитин Г.А. и др., заявитель и патентообладатель Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР). 2010144262/07. Заявл. 28.10.2010, опубл. 10.04.2011, 25 с.
9. Савченко А.В. Разработка корабельной автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей дизель-электрических подводных аппаратов: автореф. дис. … канд. техн. наук. СПб., 2007. 16 с.
10. Чаплыгин Е.Е. Спектральное моделирование преобразователей с широтно-импульсной модуляцией. М.: Изд-во МЭИ, 2012. 48 с.
11. Чёрная М.М. Исследование и разработка энергопреобразующей аппаратуры высоковольтных систем электропитания космических аппаратов: дис. … канд. техн. наук. Томск, 2017. 142 с.
12. Чёрная М.М. Системы электропитания космических аппаратов с модулем зарядно-разрядного устройства // Сборник избранных статей научной сессии ТУСУР. 2018. Т. 1, № 2. С. 163–166.
13. Шичков Л.П., Людин В.П., Мохова О.П. Автоматизированный зарядно-разрядный тиристорный преобразователь для электротехнологий регенерации аккумуляторных батарей // Российский государственный аграрный заочный университет // Вестник Российского государственного аграрного заочного университета. 2013. № 14(19). С. 105–109.

Сведения об авторах

Фролов Сергей Сергеевич – кандидат технических наук, доцент кафедры промышленной электроники и информационно-измерительной техники, Оренбургский государственный университет, Россия, Оренбург (frolovsergey7@mail.ru).

Шатилов Дмитрий Андреевич – магистрант электроэнергетического факультета, Оренбургский государственный университет, Россия, Оренбург (dmitriyshatilov97@gmail.com).

Формат цитирования

Фролов С.С., Шатилов Д.А. Зависимости коэффициента искажения синусоидальности тока рекуперации от параметров процесса при управлении принудительным разрядом аккумуляторных батарей в сеть сигналом с однотактной односторонней широтно-импульсной модуляцией // Вестник Чувашского университета. – 2021. – № 1. – С. 146–153. DOI: 10.47026/1810-1909-2021-1-146-153.

Загрузить полный текст статьи