CC BY
13
8. Wu Y.-Y., Chen B.-C., Hwang J.-J., Chen C.-Y. Performance and emissions of motorcycle enginesusing water-fuel emulsions // International Journal of Vehicle Design. 2009; 49(1-3): 91 - 110.
9. Пат. на изобретение № 2349632 Российская Федерация, МПК C10L 1/32. Способ приготовления топливной эмульсии / А.С. Иванов. № 2007143006/04; заявл. 20.11.2007; опубл. 20.03.2009. Бюл. № 8.
10. Пат. на полезную модель № 79946 Российская федерация, МПК F02M 31/125. Устройство для обработки водотопливной эмульсии в топливной системе дизельного
двигателя / А.С. Иванов, Н.И. Смолин, А.В. Старцев, О.А. Морозов. № 2007139391/22; заявл. 23.10.2007; опубл. 20.01.2009. Бюл. № 2.
11. Иванов А.С., Чикишев Е.М. Альтернативное топливо для дизельных двигателей // Автогазозапра-вочный комплекс + Альтернативное топливо. 2016. № 2 (107). С. 14 - 19.
12. Hountalas D.T., Mavropoulos G.C., Zannis T.C., Mamalis S.D. Use of water emulsion and intakewater injection as NOx reduction techniques for heavy duty diesel engines // SAETechnical Papers - SAE World Congress; 2006 Detroit, MI; United States; Code 90162.
Иванов Андрей Сергеевич, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья». Россия, 625000, г. Тюмень, ул. Республики, 7, [email protected]
Andrey S. Ivanov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Northern Trans-Ural State Agricultural University. 7, Republic St., Tyumen, 625000, Russia, [email protected]
-Ф-
Научная статья УДК 621.3
Разработка и испытание контроллера зарядки аккумулятора от ветрогелиоэнергетической установки
Виктор Гаврилович Петько1, Ильмира Агзамовна Рахимжанова1,
Максим Борисович Фомин1, Александр Борисович Колесников2,
Александр Сергеевич Садчиков2, Ирина Валерьевна Колесникова3
1 Оренбургский государственный аграрный университет
2 ООО «Тюльганский электромеханический завод»
3 Оренбургский государственный университет
Аннотация. В работе представлены схема в аналоговом варианте, принцип действия и результаты испытания контроллера зарядки аккумулятора в системе альтернативный источник энергии - потребитель. Так как большинство альтернативных источников энергии в зависимости от погодных условий и от времени суток развивают переменную мощность, не совпадающую с мощностью подключённых к ним потребителей, непременным атрибутом в их структуре является наличие аккумулятора, выступающего в роли буфера между источником и потребителем. При изменяющихся мощности и напряжении источников энергии и различной степени заряженности аккумулятора во избежание его преждевременного выхода из строя не допускается превышение тока зарядки более 10 % от его ёмкости, а также увеличение напряжения на его клеммах выше 13,6...13,8 вольта (при полной зарядке) и ниже 11,4...11,8 вольта (в полностью разряженном состоянии). Не допускаются перегрузка и перегрев источников энергии. Обеспечение этих требований возлагается на контроллер зарядки аккумулятора. В лабораторных условиях были произведены испытания опытного образца контроллера такого типа, рассчитанного на зарядку аккумулятора напряжением 12 вольт ёмкостью 10А-ч. Проведённые испытания контроллера подтвердили не только его работоспособность, но и достаточную точность ограничения и тока зарядки, и напряжения при переходе в буферный режим зарядки.
Ключевые слова: ветрогелиоэнергетическая установка, аккумулятор, контроллер зарядки.
Для цитирования: Разработка и испытание контроллера зарядки аккумулятора от ветрогелиоэнергетической установки / В.Г. Петько, И.А. Рахимжанова, М.Б. Фомин [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 6 (92). С. 202 - 209.
Original article
Development and testing of the charging controller battery from a wind-solar power plant
Viktor G. Petko1, Ilmira A. Rakhimzhanova1, Maxim B. Fomin1,
Alexander B. Kolesnikov2, Alexander S. Sadchikov2, Irina V. Kolesnikova3
1 Orenburg State Agrarian University
2 OOO «Tyulgansky Electromechanical Plant»
3 Orenburg State University
Abstract. The paper presents a circuit in an analog version, the principle of operation and the results of testing the battery charging controller in the «alternative energy source - consumer» system. Since most alternative energy sources, depending on weather conditions and on the time of day, develop variable power that does not
coincide with the power of the consumers connected to them, an indispensable attribute in their structure is the presence of a battery that acts as a buffer between the source and the consumer. With varying power and voltage of energy sources and different degrees of battery charge, in order to avoid its premature failure, it is not allowed to exceed the charging current of no more than 10 % of its capacity, as well as increase the voltage at its terminals above 13.6...13.8 volts (at fully charged) and below 11.4...11.8 volts (in a fully discharged state). In addition, overloading and overheating of energy sources is not allowed. The provision of these requirements is assigned to the battery charging controller, which, by smoothly changing the ballast load power at the output of the sources, maintains the current at the specified levels if the battery is discharged, and the voltage if the battery is fully charged. In laboratory conditions, a prototype controller of this type was tested, designed to charge a 12-volt battery with a capacity of 10 A-h. The tests of the controller have confirmed not only its performance, but also the sufficient accuracy of limiting both the charging current and voltage when switching to the buffer charging mode.
Keywords: wind-solar power plant, battery, charging controller.
For citation: Development and testing of the charging controller battery from a wind-solar power plant / V.G. Petko, I.A. Rakhimzhanova, M.B. Fomin et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 92(6): 202 - 209. (In Russ)
Большинство альтернативных источников энергии в зависимости от погодных условий и от времени суток развивают переменную мощность, не совпадающую с мощностью подключённых к ним потребителей. Это является существенным недостатком таких источников энергии. В некоторой мере недостаток сглаживается путём подключения потребителей к нескольким альтернативным источникам энергии различного принципа действия [1, 2]. В качестве примера можно назвать параллельное подключение потребителей к солнечной и ветряной электростанциям, однако в тёмное время суток и безветренную погоду подача энергии потребителям прекращается. В этом случае не обойтись без использования электрического аккумулятора, подзаряжаемого одновременно от ветрогенератора и солнечной панели, когда их суммарная мощность превышает суммарную мощность подключённых к ним потребителей. Аккумулятор в этом случае выступает в роли буфера между источником энергии и потребителем. При такой структуре энергетической установки величинами, характеризующими её внутреннее состояние, являются степень заряда аккумулятора, величина зарядного тока и зависящая от развиваемой мощности температура генератора ветроустановки. В частности, для свинцово-кислотных аккумуляторов величина зарядного тока традиционно ограничивается величиной 10 % от номинальной ёмкости заряжаемого аккумулятора [3, 4]. По данным некоторых авторов [5], она может достигать 20 %, максимум - 30 %. Максимальное напряжение полного заряда аккумулятора ограничивается величиной 13,6...13,8 вольта [6]. А при глубоком разряде аккумулятора без ущерба для его работоспособности напряжение не должно быть ниже 11,4.11,8 вольта [7, 8]. Что касается допустимой температуры генератора, то она зависит от класса изоляции его обмоток [9 - 11]. Выполнение указанных требований возлагается на устройство управления (контроллер) комбинированной энергетической установки.
Целью настоящей работы является обоснование принципиальной схемы и испытание такого контроллера.
Материал и методы. Существует большое количество зарядных устройств различного принципа действия [12, 13]. Однако подав ляю-щее большинство из них ориентировано на питание от централизованной сети переменного тока. Тем не менее известна схема контроллера зарядки аккумулятора от солнечного или ве-трогенератора [14], ограничение напряжения зарядки которым осуществляется путём подключения к ним нагрузочного резистора. Но при достаточно высокой суммарной мощности источников энергии и глубокой разрядке аккумулятора превышение сверх допустимой величины тока его зарядки данным контроллером не предотвращается. Нами на базе проведённых ранее исследований [15, 16] разработана схема контроллера зарядки аккумулятора, ограничивающего не только величину тока зарядки, но и предотвращающего глубокий разряд аккумулятора, а также перегрев и перегрузку генератора в условиях изменчивости скорости ветра в широком диапазоне [17, 18].
Схематично заявляемая энергетическая установка с контроллером зарядки аккумулятора изображена на рисунке 1.
Трёхфазный синхронный генератор GB2 с приводом от ветротурбины 1 подключён через выпрямитель Ларионова А7 на диодах УВ2...
к заземлённой шине 2 и шине 3, соединённой через диод с шиной 4, имеющей положительный потенциал по отношению к шине 2. К шинам 2 и 3 подключены также солнечная панель (на чертеже не показана) и через сток-исток силового полевого транзистора УТ1 типа ШБВ4227 - нагрузочный резистор Я5. При этом шины 2 и 3 могут быть замкнуты между собой через сопротивление короткого замыкания Я20 при открывании силового транзистора УТ3 того же типа, что и УТ1. Аккумулятор GB1 подключён через измерительный шунт Я6 к шинам 2 и 4, между которыми через силовой транзистор УТ2
подключён также и потребитель электрической энергии.
Контроллер А7 выполнен на базе четырёх однополярных операционных усилителей А1... А4 типа ТЪС2272, выходы которых через свето-диоды ИУ1..ИУ4 типа AL307KM соединены с
затворами транзисторов. Затворы для их надёжного перехода в закрытое состояние соединены через резисторы R4, R11 и R18 сопротивлением 5,1 кОм с истоками транзисторов. В схему контроллера входит источник стабилизированного напряжения А6 (микросхема 78L09 с напряже-
Ш3
56К
УТ3
(ШРБ4227)
56К
Рис. 1 - Принципиальная схема контроллера зарядки аккумулятора
нием на выходе +9 В). Это напряжение используется для питания операционных усилителей и формирования опорных напряжений с помощью делителей напряжения (резисторы Я3-Я9, Я12-Я17). Опорные напряжения подаются на инвертирующие, обозначенные на схеме знаком минус, входы операционных усилителей. На не-инвертирующие входы операционных усилителей подаются сигналы контролируемых величин: напряжения на нагрузке - с выходов делителей Я1 - Я16 и Я2 - Я8; тока зарядки - с выхода измерительного шунта Я6 через резистор Я7; температуры генератора - с выхода делителя напряжения, образованного резистором Я13 и полупроводниковым (возможно платиновым, типа 703-102ВВВ-А00 [10]) термодатчиком Я19. Формирование гистерезисной характеристики вход - выход операционных усилителей осуществлено за счёт введения положительной обратной связи путём соединения их выходов с неинвертирующими входами через конденсаторы С2 и С3, и резисторы Я14 и Я15.
Принцип работы контроллера заключается в следующем. Сигналы о превышении сверх установленной величины напряжения на аккумуляторе или о превышении сверх допустимой величины тока зарядки, или о понижении напряжения до величины, свидетельствующей о полном разряде аккумулятора, поступают соответственно на входы первого А1, или второго А2, или четвёртого А4 операционных усилителей. Сформированные в результате этого на выходах усилителей А1 или А2 сигналы управления через светодиоды НУ1 или НУ2 поступают на затвор силового полевого транзистора УТ1, который подключает к источникам энергии балластное сопротивление нагрузки Я5. При этом несколько снижается напряжение и предотвращается тем самым перезарядка или чрезмерная интенсивность зарядки батареи аккумуляторов. А сигнал управления с выхода усилителя А4 через светодиод НУ4 поступает на затвор полевого транзистора УТ2, который отключает нагрузку или часть её от аккумулятора при чрезмерном снижении напряжения на аккумуляторе. Этим предупреждается глубокий разряд аккумулятора, влияющий, как было указано выше, на его долговечность.
В случае интенсивного энергопотребления и скорости ветра выше расчётной возможна перегрузка генератора по току и вследствие этого его перегрев. С этой целью в обмотки генератора заложен полупроводниковый резистивный датчик с положительным температурным коэффициентом сопротивления типа РТС (позистор). При превышении температуры обмоток сверх допустимой величины сопротивление позистора резко увеличивается, в результате чего на входе операционного усилителя А3 формируется сигнал, приводящий усилитель и управляемый им
полевой транзистор УТ3 в открытое состояние. Генератор при этом нагружается на сопротивление Я20, близкое по величине к сопротивлению короткого замыкания. В результате нагрузка генератора резко возрастает, обороты его падают практически до нуля, мощность также снижается практически до нуля из-за снижения коэффициента использования ветротурбиной мощности ветрового потока. Перегрев генератора вследствие этого предотвращается. Температура обмоток начнёт уменьшаться, и, когда она снизится до величины на несколько десятков градусов ниже допустимой температуры, произойдёт отключение резистора Я20 и повторный запуск генератора.
При сильных порывах ветра развиваемая мощность генератора может превзойти его номинальную мощность. При этом помимо перегрева генератора возможно увеличение напряжения и тока зарядки аккумулятора, несмотря на то, что балластный резистор будет включён на максимальное потребление энергии. В этом случае генератор должен быть выведен из работы. Для выполнения этой задачи в контроллере установлен транзистор УТ4 типа р-п-р, управляемый с помощью контакта КРСВ реле скорости ветра, включённого в цепь базы транзистора. При усилении скорости ветра контакт замыкается, транзистор открывается и через светодиод НУ5 открывает полевой транзистор УТ3, который и останавливает генератор.
Результаты исследования. Технические параметры основных элементов контроллера и всей энергоустановки в целом в значительной степени определяются величинами номинального напряжения имощности потребителя электрической энергии, а также графиком энергопотребления. В любом случае за определённый промежуток времени объём потреблённой им энергии должен покрываться энергией, отдаваемой генератором и солнечной панелью за этот же промежуток времени. В то же время дефицит генерируемой энергии в отдельные промежутки времени должен покрываться отдаваемой потребителю энергией аккумулятора. При этом ёмкость аккумулятора должна быть достаточной для восполнения дефицита генерируемой энергии на протяжении всего времени, пока этот дефицит имеет место.
Допустим для примера, что для потребителя электрической энергии мощностью 250 Вт напряжением и = 12 вольт в результате проведённого расчёта (изложение методики расчёта выходит за рамки данной работы) требуется установить свинцово-кислотный аккумулятор ёмкостью 200 А-ч. Тогда с учётом того, что допустимый ток зарядки аккумулятора, как было показано выше, численно не должен превышать 10 % от номинальной ёмкости заряжаемого аккумулятора, максимальная величина зарядного тока составит: /з = 0,1 • 200 = 20 А,
а необходимая мощность генератора для обеспечения этого тока зарядки:
Рг = U • 1з = 12 • 20 = 240 Вт.
Для контроля и измерения этого тока потребуется шунт на 20 А. Причём для повышения точности срабатывания операционного усилителя А2, на неинвертирующий вход которого подаётся напряжение с этого шунта, оно должно иметь возможно большую величину. Примем наибольшую стандартную величину напряжения - 300 мВ. Предварительно перед подачей его на вход усилителя оно сглаживается за счёт резистора R7 и конденсатора С5. На инвертирующем входе усилителя А2 напряжение также должно быть равным 0,3 В. Это будет соблюдаться, если для делителя напряжения Ю - R9, с которого подаётся напряжение на инвертирующий вход усилителя А2, будет выполняться равенство: (Я3 + Я9) / Я9 = 9 / 0,3.
Приняв Я3 для того, чтобы не перегружать источник А6 стабилизированного напряжения достаточно большим, но в то же время способным обеспечить стабильное напряжение на входе усилителя, равным 56 кОм, получим Я9 = 2 кОма.
Операционный усилитель устроен таким образом, что, если потенциал его неинвертирующего входа хотя бы на долю милливольта станет больше потенциала инвертирующего входа, усилитель срабатывает, т.е. на его выходе напряжение по отношению к общей шине увеличивается с нуля до напряжения питания усилителя (+9 В). Это напряжение через светодиод ИУ2 поступает на затвор транзистора, в результате чего сопротивление между его истоком и стоком снижается практически до нуля, что приводит к подключению нагрузочного резистора К5 к выходам источников питания. За счёт падения напряжения на внутренних сопротивлениях источников, а в генераторе ещё и за счёт снижения частоты вращения в результате возросшей нагрузки на ветротурбину ток зарядки станет меньше 20 А, потенциал на неинвертирующем входе станет меньше потенциала на инвертирующем входе усилителя. Напряжение на выходе усилителя снова станет равным нулю, транзистор закроется, нагрузочный резистор отключится. Через некоторый промежуток времени ток зарядки возрастёт, что в итоге приведёт к повторному включению нагрузочного резистора. Таким образом, процесс будет повторяться с высокой частотой. При этом величина зарядного тока в среднем будет поддерживаться на заданном (в данном случае 20 А) уровне. В это время под действием импульсов тока с выхода усилителя светодиод будет светиться, указывая на то, что идёт ограничение тока зарядки.
С увеличением скорости ветра будет увеличиваться и мощность турбины, а следовательно, и развиваемая мощность генератора. Излишки
мощности в этом случае будут сбрасываться на нагрузочный резистор К5 за счёт увеличения времени включённого состояния резистора. Если скорость ветра превысит расчётную для данной ветротурбины и генератора, развиваемая генератором мощность превысит его номинальную мощность, сработает реле скорости ветра, и током базы через резистор Я22 и замкнутый контакт реле переведёт транзистор УТ4 в открытое состояние. Это, как было показано выше, переведёт в конечном итоге генератор в режим короткого замыкания. Произойдёт его остановка, что и предотвратит возможный его перегрев. В случае, если увеличение мощности генератора произошло в момент, когда нагрузочный резистор загружен до предела, будут предотвращены перезарядка и превышение сверх допустимого тока зарядки аккумулятора. При этом мощность P балластного резистора должна быть рассчитана на величину мощности генератора или несколько больше её, в данном случае 240 Вт. Это условие будет выполнено при условии, что напряжение U на резисторе в среднем равно 12 вольт, при величине его сопротивления
R = Щ2 /Р = 122 / 240 = 0,6 Ом.
Допустимый ток сопротивления должен быть не менее 20 А.
По мере зарядки аккумулятора напряжение на его клеммах растёт и, когда оно достигнет величины 13,7 В, свидетельствующей о полной зарядке аккумулятора, дальнейшее продолжение зарядки и увеличивающееся при этом напряжение будут сопровождаться кипением электролита, лишними затратами электроэнергии и ускорением разрушения пластин [19]. Поэтому повышение напряжения необходимо ограничить путём подключения балластного резистора теперь уже не для ограничения тока зарядки, а для предотвращения роста напряжения. Эта задача решается с помощью операционного усилителя А1, выход которого, как и выход усилителя А2, осуществляется на транзистор УТ1, управляющего подключением нагрузочного резистора R5.
Опорное напряжение подаётся на инвертирующий вход усилителя А1 с выхода делителя напряжения R12 - R17. Его величина равна: Щц = Цст • Яп / (Я12 + Я17) = = 9-36000 / (18000 + 36000) = 6 В.
Сигнал о величине контролируемого на аккумуляторе напряжения Щ подаётся с выхода делителя напряжения Я2 - R8 на неинверти-рующий вход этого усилителя. При допустимом на аккумуляторе напряжении в конце зарядки, равном 13,7 В, оно должно быть таким же, как и на инвертирующем входе (6 В). Тогда при заданном сопротивлении Я2, равном 51 кОм, сопротивление Я должно быть равно: R8 = • Я2 / (Щ - ^7) = = 6 • 51000 / (13,7 - 6) = 39 кОм.
С другой стороны, опасно также и чрезмерное снижение напряжения на аккумуляторе при глубоком его разряде. Поэтому снижение ограничивается за счёт вынужденного отключения нагрузки, когда напряжение снижается до величины напряжения отключения ио с повторным её подключением при увеличении напряжения до величины напряжения включения ив. Технически это выполняется полевым транзистором УТ2 по сигналу операционного усилителя А4. На инвертирующий вход этого усилителя подаётся, как и на инвертирующий вход операционного усилителя А1, опорное напряжение +6 В с делителя напряжения R12 - R17, а на неинвертирующий вход с делителя R1 - R16 - пропорциональное напряжению на аккумуляторе. Плечи этого делителя рассчитаны таким образом, что при напряжении на аккумуляторе больше ио напряжение на выходе делителя больше 6 вольт. При этом усилитель и транзистор открыты, нагрузка к аккумулятору подключена. Отключение произойдёт, когда напряжение на аккумуляторе снизится до напряжения отключения ио и станет несколько меньше его. При этом напряжение на неинвертирующем входе усилителя должно стать равным или несколько меньше 6 вольт. При заданном .К 16 это будет выполняться, если будет соблюдено равенство:
RR
— 6.
(1)
15
+ R
16
. + .15
Как только операционный усилитель перейдёт в закрытое состояние, напряжение на его выходе и, следовательно, резисторе R15 снизится до нуля. Резистор при этом переключится с параллельного подключения резистору R1 на параллельное подключение резистору R16, что приведёт к скачкообразному снижению напряжения по отношению к общей нулевой шине на неинвертирующем входе операционного усилителя и ещё более устойчивому переходу его в закрытое состояние. Отключение нагрузки приведёт по мере зарядки аккумулятора к постепенному повышению напряжения на его выводах и, следовательно, к повышению напряжения на неинвертирующем входе усилителя. В момент, когда напряжение увеличится до величины ив включения нагрузки, напряжение на неинвертирующем входе должно увеличиться до и несколько выше 6 вольт. Для этого сопротивление резисторов должно быть таким, чтобы выполнялось равенство:
Uв
r
R15 + R16
R15R16 = 6 R15 + R16
(2)
Решив совместно уравнения (1) и (2), по-
лучим:
R — R UoUв - 6Uв
1 16 6Uo
R — R 6Uв - UoUв
r15 — ru-
6Uо - 6Uв
Приняв ио = 11 В, ив = 12 В и К16 = 36 кОм, получим: .1 = 33 кОм; .15 = 360 кОм.
В контроллере предусмотрена защита генератора от перегрева путём встраивания в его обмотки термодатчика. В качестве такого термодатчика чаще всего используются полупроводниковые сопротивления с положительным температурным коэффициентом сопротивления (РТС-термисторы или иначе позисторы), обладающие лучшими характеристиками по стоимости, миниатюрности и чувствительности. Выбираем для нашего случая позистор с рабочей температурой 90 °С, категория РТС МГ№КА, идентификационный цвет выводов зелёный, максимально допустимое рабочее напряжение - 30 вольт [20].
Так как генератор трёхфазный, термодатчик используем тройной (рис. 2) с установкой отдельных резисторов в обмотки каждой фазы генератора.
Сопротивления .13 и сопротивление положительной обратной связи .14 определены аналогично определению сопротивлений .1 и .15.
При нагреве обмотки свыше 90 °С сопротивление позистора резко увеличивается, операционный усилитель срабатывает, и сигнал с его выхода поступает на вход полевого транзистора УТ3, который переводит генератор в режим короткого замыкания. Это в конечном итоге приводит к остановке ветротурбины.
Таким же образом турбина будет останавливаться и при увеличении скорости ветра, а следовательно, и мощности генератора выше расчётных значений. В этом случае на вход полевого транзистора будет поступать сигнал с выхода транзистора УТ4, который будет открываться при срабатывании реле скорости ветра КРСВ, если скорость ветра превысит расчётную. Реле обладает гистерезисной характеристикой, поэтому возврат реле в исходное состояние и повторный запуск генератора произойдёт при устойчивом уменьшении скорости ветра до значений 0,7.0,8 от расчётной скорости ветра.
В лаборатории были произведены испытания опытного образца контроллера такого типа,
Рис. 2 - Соединение позисторов для контроля
температуры каждой из фазных обмоток генератора
рассчитанного на зарядку аккумулятора напряжением 12 вольт ёмкостью 10 А-ч. В качестве источника энергии в экспериментальной установке вместо генератора применён трёхфазный автотрансформатор. При этом для того чтобы внешняя характеристика такого источника была идентична внешней характеристике генератора, последовательно с фазными обмотками автотрансформатора были включены добавочные сопротивления. Контролировались токи зарядки 1з и разрядки 1р аккумулятора, а также напряжение и на клеммах аккумулятора. Потеря (при разрядке) и увеличение (при зарядке) ёмкости Q аккумулятора определялись путём интегрирования зависимостей соответственно тока разрядки и тока зарядки от времени.
Результаты экспериментов приведены на графиках (рис. 3 и 4).
Время с момента начала разрядки аккумулятора, ч
Рис. 3 - Зависимости напряжения на клеммах аккумулятора и, тока разрядки 1р и потери ёмкости Q от времени с момента начала разрядки
Время с момента начала зарядки аккумулятора, ч
Рис. 4 - Зависимости напряжения на клеммах аккумулятора и, тока зарядки 1з, тока нагрузки 1н и потери ёмкости Q от времени с момента начала разрядки
По мере разрядки полностью заряженного аккумулятора на сопротивление 4,3 Ом наблюдается постепенное снижение напряжения (рис. 3) от 12,4 вольта в начале цикла разрядки до 11,2 вольта в конце цикла разрядки. При этом аккумулятор отдаёт 10 Ач ёмкости, что согласуется с его номинальными техническими данными. Дальнейший разряд сопровождается резким снижением напряжения (практически до нуля) и, как следствие, снижением тока разрядки.
Таким образом, рабочий диапазон изменения напряжения на исследуемом аккумуляторе в пределах от его номинальной ёмкости до практически полного разряженного состояния лежит в диапазоне от 12,4 до 11,2 вольта, что в значительной степени согласуется с данными по этому показателю, приведёнными в ранее опубликованных работах [7] и [8].
При зарядке под управлением рассматриваемого контроллера глубоко разряженного этого же аккумулятора, имеющего напряжение в момент подключения к зарядному устройству 8 вольт, за первые 2 мин. оно возрастает до 9 вольт и затем более медленно (рис. 4) за 12 мин. до 12,4 вольта.
В этот период ток зарядки ограничивается на уровне 2,1 ампера за счёт подключённого к выходу выпрямителя нагрузочного сопротивления, потребляющего максимальный ток в начале периода, снижающийся к концу периода синхронно с повышением напряжения на аккумуляторе. Далее в период от 0,2 час. с момента начала зарядки до 4,4 час., когда напряжение на аккумуляторе превысило 12,4 вольта, ток зарядки стабилизировался на уровне 1,86 ампера за счёт плавного уменьшения тока нагрузочного сопротивления по мере возрастания напряжения на аккумуляторе. В конце этого периода начинается ограничение напряжения на аккумуляторе за счёт увеличения тока нагрузки, несмотря на то, что ток зарядки начал уменьшаться, приближаясь к минимуму в конце зарядки по мере приближения напряжения к 13,7 вольта.
Вывод. Проведённые испытания контроллера в лабораторных условиях подтвердили не только его работоспособность, но и достаточную точность ограничения и тока зарядки, и напряжения при переходе в буферный режим зарядки. В результате открывается возможность перехода к испытанию контроллера в полевых условиях, непосредственно на конкретной ветро-гелиоэнергетической установке.
Литература
1. Автономная ветроэнергетическая установка / В.Г. Петько, И.А. Рахимжанова, М.Б. Фомин [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 3 (89). С. 181 - 186.
2. Петько В.Г., Христиановская М.А., Кузьмин А.В. Приобъектный ветроэлектрический агрегат // Известия
Оренбургского государственного аграрного университета.
2020. № 6 (86). С. 156 - 160..
3. Принципиальные схемы зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов [Электронный ресурс]. URL: http://moy-instrument.ru/chertezhi-i-shemy/ printsipialnye-shemy-zaryactayh-ustrojstv-dlya-avtomobilnyh-akkumulyatorov.html (дата обращения 23.10.2021).
4. Зарядка аккумуляторных батарей [Электронный ресурс]. URL: http://k-a-t.ru/mdk.01.01_elektro/8-zaryadka/ index.shtml (Дата обращения 20.09.2021).
5. Как правильно заряжать аккумулятор [Электронный ресурс]. URL: https://pulsar.kiev.ua/kak_pravilno_ zaryazhat_akkumulyator?support/wiki/kak-pravilno-zariajat-accumulator (дата обращения 18.08.2021).
6. Провада Ю.П. Эволюция импульсных зарядных устройств для автомобильного аккумулятора на основе AT/ATX [Электронный ресурс]. URL: https://radiokot. ru/circuit/power/charger/23/(Дата обращения 03.10.2021).
7. Какая сила тока оптимальна для зарядки аккумулятора [Электронный ресурс]. URL: https://globusks.ru/ kakaya-sila-toka-optimalna-dlya-zaryadki-akkumulyatora-kak-dolgo-i-kakim-tokom/ (дата обращения 17.07.2021).
8. Каким током лучше заряжать аккумулятор [Электронный ресурс]. URL: https://guarblog.ru/kakim-tokom-luchshe-zaryazhat-akkumulyator-kakim-tokom-zaryazhat-avtomobilnyi-akkumulyator/ (дата обращения 05.07.2021).
9. Пиотровский Л.М. Электрические машины. Л. -М.: Государственное энергетическое издательство, 1952. С. 504 - 508.
10. ГОСТ 8865-93 (МЭК 85-84). Группа Е30 Системы электрической изоляции. Дата введения 01.01.1995.
11. Методика определения остаточного ресурса изоляции асинхронного электродвигателя, работающего в неноминальных условиях эксплуатации / В.Г. Петько, И.А. Рахимжанова, М.Б. Фомин [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета.
2021. № 2 (88). С. 154 - 163.
12. Обзор схем зарядных устройств автомобильных аккумуляторов [Электронный ресурс]. URL:
https://radiolub.ru/page/obzor-shem-zarjadnyh-ustrojstv-avtomobilnyh-akkumulj atorov (дата о бращения 13.06.2021).
13. Принципиальные схемы зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов [Электронный ресурс]. URL: http://moy-instrument.ru/chertezhi-i-shemy/printsipialnye-shemy-zaryadnyh-ustrojstv-dlya-avtomobilnyh-akkumulyatorov.html (дата обращения 15.10.2021).
14. Forest Cook G. Контроллер заряда аккумулятора для солнечного или ветрогенератора [Электронный ресурс]. URL: https://www.rlocman.ru/shem/schematics. html?di=61143 (дата обращения 18.06.2021)].
15. Петько В.Г., Рахимжанова И.А., Старожуков А.М. Ключ для коммутации входных цепей контакторов и магнитных пускателей // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 2 (58). С. 68 - 70.
16. Петько В.Г., Рахимжанова И.А., Старожуков А.М. Ключ на базе симистора для коммутации нагрузок переменного тока // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 3 (71). С. 167 - 168.
17. Петько В.Г., Рахимжанова И.А., Шахов В.А. Аппроксимация зависимости коэффициента использования энергии ветра от быстроходности ветротурбины ветроагрегатов сельскохозяйственного назначения // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 6 (62). С. 77 - 79.
18. Петько В.Г., Рахимжанова И.А. Оценка энергетического потенциала воздушного потока // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 4 (72). С. 227 - 231.
19. Причины и последствия перезаряда аккумулятора [Электронный ресурс]. URL: https://neauto.ru/prichiny-i-posledstvija-perezarjada-akkumuljatora/ (дата обращения 03.08.2021).
20. Терморезисторы встраиваемые в обмотки трёхфазных электродвигателей. РТС термисторы [Электронный ресурс]. URL: http://energo.ucoz.ua/publ/33-1-0-399 (дата обращения 07.08.2021).
Виктор Гаврилович Петько, доктор технических наук, профессор. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет». Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, [email protected]
Ильмира Агзамовна Рахимжанова, доктор сельскохозяйственных наук, профессор. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет». Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, [email protected]
Максим Борисович Фомин, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет». Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, [email protected] Александр Борисович Колесников, инженер. ООО «Тюльганский электромеханический завод». Россия, 460512, г. Оренбург, пос. Каргала, ул. Заводская, 1, [email protected]
Александр Сергеевич Садчиков, инженер. ООО «Тюльганский электромеханический завод». ООО «Тюльганский электромеханический завод». Россия, 460512, г. Оренбург, пос. Каргала, ул. Заводская, 1, [email protected]
Ирина Валерьевна Колесникова, кандидат философских наук, доцент. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет». Россия, 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, [email protected]
Victor G. Petko, Doctor of Technical Sciences, Professor. Orenburg State Agrarian University. 18, Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia, [email protected]
Ilmira A. Rakhimzhanova, Doctor of Agricultural Sciences, Professor. Orenburg State Agrarian University. 18, Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia, [email protected]
Maxim B. Fomin, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Orenburg State Agrarian University. 18, Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia, [email protected]
Alexander B. Kolesnikov, engineer. Tyulgansky Electromechanical Plant. 1, Zavodskaya St., pos. Kargala, Orenburg, 460512, Russia, [email protected]
Alexander S. Sadchikov, engineer. Tyulgansky Electromechanical Plant. 1, Zavodskaya St., pos. Kargala, Orenburg, 460512, Russia, [email protected]
Irina V. Kolesnikova, Candidate of Philosophy Sciences, Associate Professor. Orenburg State University. 13, Pobedy Ave., Orenburg, 460018, Russia, [email protected]
-Ф-
