Цифровое устройство заряда-разряда химических источников тока Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

2л 2

(30)

Для уп

со

Р{Чп)= ІР{Іп'Чп№п=С°ПЗІ. (31)

—00

Понятно, что п-я гармоника тока распределена по релеевскому закону; начальная фаза п-й гармоники подчинена равномерному распределению на отрезке (п,т). Поскольку доказательство проведено для произвольного значения п, то оно справедливо для любого п.

5. Литвак, В. В. Исследование несимметрии и несинусои-дальности напряжения на Западно-Сибирском металлургическом заводе / В. В. Литвак, В. В. Прокопчик, В. К. Фёдоров // Кибернетика электроэнергетических систем : сб. науч. тр.— Вып. 4. - Томск : ТГУ, 1975. - С. 35-40.

6. Румшиский, Л. З. Математическая обработка результатов эксперимента / Л. З. Румшиский. — М. : Наука, 1971. — 157 с.

7. Красовский, А. А. Изменение энтропии непрерывных динамических систем / А. А. Красовский // Техническая кибернетика. — 1963. — Вып. 5. — С. 3—11.

8. Лэннинг, Д. Случайные процессы в задачах автоматического управления / Д. Лэннинг, Д. Бэттин. — М. : ИИЛ, 1958. — 349 с.

Библиографический список

1. Жежеленко, И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения металлургических заводов / И. В. Жежеленко // Электричество. — 1979.— № 11. — С. 37 — 43.

2. Жежеленко, И. В. Показатели качества электроэнергии на промышленных предприятиях / И. В. Жежеленко. — М. : Энергия, 1977. — 126 с.

3. Исследование несинусоидальных кривых токов и напряжений в заводских системах электроснабжения : отчёт о НИР / Р. И. Борисов, В. К. Фёдоров. — Томск : ТПИ, 1976. — 68 с. — Гос. регистрация № 75060767.

4. Булгаков,А.А.Новаятеорияуправляемыхвыпрямителей/

А. А. Булгаков. — М. :Наука, 1970. — 211 с.

СЕМЕНЯК Мария Владимировна, аспирантка кафедры электроснабжения промышленных предприятий Омского государственного технического университета (ОмГТУ), ассистент кафедры электротехники и электрификации сельского хозяйства Омского государственного аграрного университета им. П. А. Столыпина.

Адрес для переписки: e-mail: mary_semenyak@mail.ru ФЁДОРОВ Владимир Кузьмич, доктор технических наук, профессор кафедры электроснабжения промышленных предприятий ОмГТУ.

Статья поступила в редакцию 25 04.2012 г.

© М. В. Семеняк, В. К. Фёдоров

уДК 621317 В. Ю. СЫСОЛЯТИН

Омский государственный технический университет

ЦИФРОВОЕ

УСТРОЙСТВО ЗАРЯДА-РАЗРЯДА ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА

Рассматривается цифровое устройство, предназначенное для автоматизированного заряда аккумуляторов в разнополярном импульсном режиме в формате: за-ряд—пауза—разряд—пауза. Данное устройство позволяет устанавливать различные интервалы времени длительности каждой из фаз с одновременной индикацией их значений на жидкокристаллическом дисплее. В статье рассматриваются функциональная и принципиальная электрические схемы устройства, а также алгоритм функционирования программы.

Ключевые слова: заряд-разряд химического источника тока, блок-схема программы, принципиальная электрическая схема, микропроцессорное устройство.

В процессе эксплуатации различных ХИТ (химических источников тока) важное значение имеет технология заряда кислотных аккумуляторов. В настоящее время в научных публикациях существует большой объем противоречивой информации, описывающей использование различных режимов заряда аккумуляторных батарей, а также их влияние на изменение характеристик аккумуляторов.

Кроме того, существующие простейшие технологии не учитывают всех особенностей физико-химических процессов, протекающих в аккумуляторе, и поэтому не являются оптимальными. Оптимальные технологии заряда достаточно трудоёмки и без

автоматизации трудновыполнимы, поскольку у рядового пользователя зачастую нет времени, чтобы методично следить за многочасовыми процессами заряда и выполнять все процедуры.

Целью данной работы является:

—разработка структурной и принципиальной схемы цифрового устройства для широтно-импульсного заряда-разряда аккумуляторов;

—разработка алгоритма управляющей программы, обеспечивающей возможность изменения временных интервалов режима заряда и разряда в широких пределах, с целью изучения данного процесса.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012

*

Рис. 1. Блок-схема микропроцессорного зарядно-разрядного устройства для восстановления сульфатированных аккумуляторов

Рассмотрим процессы, происходящие в аккумуляторе во время его заряда.

В момент подключения зарядного источника к аккумулятору в установившемся режиме напряжение на его зажимах будет равно [1]:

; (1)

сзар и-гпп-г11 1зар

где: Е — ЭДС аккумулятора; г. - внутреннее сопротивление аккумулятора; I — ток заряда; Еп — ЭДС поляризации.

Когда активная масса окажется восстановленной, напряжение аккумулятора достигает 2,3 В. После этого зарядный ток начинает частично, а затем полностью расходоваться на разложение воды на водород и кислород. Если заряжается аккумулятор, уже бывший в эксплуатации и изрядно подвергнувшийся сульфатации, то стадия газообразования может быть достигнута за короткое время, и аккумулятор будет полностью заряжен, но обладать незначительной емкостью. После завершения стадии газовыделения при отключенном зарядном токе происходит снижение напряжения на электродах аккумулятора до значения собственной равновесной ЭДС, примерно равной 2,1 В из-за разряда емкости поляризации на сопротивление поляризации. Этот период хоть и не является зарядом (т.к. зарядный ток отключен), но имеет важное значение, т.к. на этой стадии продолжаются процессы характерные для заряда — выравнивание плотности электролита у электродов и между ними.

На практике в некоторых случаях используется режим заряда асимметричным током. В этом случае параллельно заряженному аккумулятору подключается нагрузка, через которую он разряжается в промежутках между зарядными импульсами. При заряде асимметричным током, как отмечает автор в статье [2] активная масса аккумулятора получает электрические удары, которые способствуют отслаиванию сульфата свинца от поверхности кристалла, а не его разложению. При этом засоряется электролит и образуется осадок, что может привести к увеличению тока саморазряда и вообще к замыканию электродов. Поэтому после фазы разряда рекомендуется выдерживать паузу перед фазой заряда.

Для оптимальной технологии заряда необходимо соблюсти следующие условия. Предусмотреть паузу после импульса заряда, которая предназначена для выравнивания плотности электролита находящимся

между электродами. После паузы следует короткий импульс разряда, снижающий ЭДС поляризации, которая приводит к дополнительным потерям при заряде [3]. После разрядного импульса следует вторая пауза, предотвращающая электрический удар по активной массе электродов.

Ниже рассматривается микропроцессорное устройство, обеспечивающее асимметричный режим заряда с возможностью изменения временных интервалов в широком диапазоне.

Устройство состоит из силовой и цифровой частей рис. 1. Управление процессами заряда и разряда осуществляется от цифровой части, основой которой является микроконтроллер. Основные блоки структурной схемы устройства следующие:

—система питания;

—силовые полупроводниковые ключи заряда — разряда;

—микроконтроллер;

—цепь управления ключом заряда;

—жидкокристаллический индикатор (ЖКИ); —светодиодный блок индикации;

—кнопочный блок задания длительности заряда, разряда, пауз.

На рис. 2 изображена принципиальная электрическая схема, рассматриваемого микропроцессорного устройства (в данном устройстве используется микроконтроллер Atmega 16 фирмы Atmel).

Питание микроконтроллера осуществляется от стабилизированного источника постоянного напряжения 1. В качестве источника постоянного напряжения для заряда аккумулятора используется выпрямитель выполненый по схеме Ларионова, подключенный к источнику трехфазного напряжения. Для разряда ХИТ используется сопротивление R10 номиналом 2 Ом.

Для попеременного подключения ХИТ к источнику постоянного напряжения и к цепи нагрузки используются силовые ключи 2, выполненные на основе составных транзисторов (VT1-VT2) и (VT3-VT4). Управление силовым ключом (VT3-VT4), подключающего ХИТ к цепи нагрузки, осуществляется сигналом, подаваемым с вывода микроконтроллера PC4 на базу транзистора VT3. Так как эмиттер силового транзистора VT2 ключа заряда (VT1-VT2) находится под положительным потенциалом аккумулятора, необходима гальваническая развязка для управления микропроцессором ключом заряда (микропроцессор вырабатывает управляющии сигнал

243

-1-

£В1 “и ?

^,

I т

1583

лЖ "1 X® ь "1 6

, - н '

X, г 1 Ж 1 1

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема микропроцессорного зарядно-разрядного устройства для восстановления сульфатированных аккумуляторов

уяшэ^зне -уяинхэюсйязуе гш (ш) е яинюэа и!яньлун ииюио

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012

*

Рис. 3. Блок-схема программы зарядно-разрядного устройства

относительно аналоговой земли). Гальваническая развязка осуществляется за счет трансформатора 1^2, секции первичной обмотки которого с помощью транзисторных ключей УТ5 и УТ6 поочередно подключаются к источнику постоянного напряжения, подаваемого на среднюю точку коллекторной обмотки выпрямителя, выполненного на диодах VD1-VD4, сопротивления нагрузки R4, фильтрующего конденсатора С1. Управление этими ключами осуществляется прямоугольными импульсами одинаковой длительностью и амплитуды, поступающие с выхода микроконтроллера РС2 и РС0 на базы транзисторов VT5 и VT6 соответственно. Длительность серии этих импульсов программируется. Частота импульсов должна быть достаточно высокой для обеспечения широкого диапазона изменения длительности процесса заряда и для уменьшения габаритов трансформатора 1^2, который может быть реализован на ферритовых кольцах с узкой петлей

гистерезиса (при практической реализации устройства была использована частота следования прямоугольных импульсов в серии порядка 5 кГц).

Светодиодный блок индикации 5 служит для информирования о текущей фазе зарядно-разрядного режима (при выполнении фазы заряда ХИТ загорается светодиод VD13, при выполнении первой паузы-VD12, при выполнении разряда ХИТ-VD111 при выполнении второй паузы-VD14).

Для задания длительности фаз заряда, разряда и пауз служит кнопочный блок 6. Он состоит из восьми кнопок. Для изменения длительности каждой из фаз режима предусмотрены две кнопки — одна для увеличения, другая для уменьшения значения. При однократном нажатии на соответствующую кнопку происходит изменение продолжительности на 1 сек.

Для запуска зарядно-разрядного процесса служит кнопка SB9. При повторном нажатии происходит его остановка.

—Нажатг кнопка *

Увеличиваем время 1 паузь)

Нажат! кнопка:

Уменьшаем время разряба

"шкапн кнопка f

Увеличиваем время разряда

'ПНажат!

кнопка

Уменьшаем время 2 паузы

-'Traami кнопка t

Увеличиваем время 2 паузы

Вызов lookup

Вызов Icdjutpul’

На жидкокристаллическом индикаторе отображаются значения длительности фаз.

В состав принципиальной электрической схемы входят следующие блоки:

1 — система питания; 2 — силовые полупроводниковые ключи заряда-разряда; 3 — цепь управления ключом заряда; 4 — микроконтроллер; 5 — светодиодный блок индикации; 6 — кнопочный блок задания длительности заряда, разряда, пауз; 7 — жидкокристаллический индикатор (ЖКИ).

Управляющая программа состоит из трех частей (рис. 3):

—основной модуль программы, в котором выполняется опрос клавиатуры;

—обработчик прерываний таймера_0, с помощью которого осуществляется генерирование прямоугольных импульсов частотой 5 кГц;

—обработчик прерываний таймера_1, с помощью которого осуществляется конроль текущих фаз, а также общее время процесса.

В начале программы осуществляется конфигурация портов, после этого выполняется основной модуль, в котором происходят поиск нажатой кнопки и вывод значений времени заряда, разряда и пауз на жидкокристаллический индикатор.

Нажатием кнопки SB 9 (подачей лог.0 на вход микроконтроллера PD2) происходит запуск тайме-ра_1.Одновременно с этим запускается обработчик прерываний, контролирующий продолжительность фаз. С началом первой фазы (заряда ХИТ) включается таймер_0, который управляет выработкой сигналов прямоугольной формы частотой 5 кГц с выходов РС0 и РС2. С истечением времени первой фазы

происходит отключение таймера_0. Во время пауз с выводов микроконтроллера управляющие сигналы на силовые ключи не поступают. Во время периода разряда с вывода микроконтроллера PC4 поступает управляющий сигнал на силовой ключ, подключающий ХИТ к нагрузке R10. При повторной подаче лог.0 на PD2 происходит остановка таймера_1.

Заключение. Предлагаемое устройство может быть использовано технологами, разрабатывающими новые образцы ХИТ, а также при эксплуатации различных типов ХИТ.

Библиографический список

1. Прикладная электрохимия / Н. П. Федотьев [и др.]. — Л. : Химия, 1967. — 618 с.

2. Кривецкий, А. П. Заряд кислотных аккумуляторов /

A. П. Кривецкий // Компоненты и технологии. — 2004. — № 4. — С. 15-18.

3. Заявка 2222090 Российская Федерация. RU (11) (13) C1 Устройство для заряда аккумуляторной батареи / Бабушкин

B. П., Мезенцев С. А. - № 2002112977/09 ; заявл. 05.13.2002 ; опубл. 20.01.2004. - 5 с.

СЫСОЛЯТИН Виктор Юрьевич, аспирант кафедры теоретической и общей электротехники, преподаватель Учебного военного центра при ОмГТУ. Адрес для переписки: e-mail: 979161@mail.ru

Статья поступила в редакцию 25.07.2012 г.

© В. Ю. Сысолятин

УДК б^о.3 Р. Ю. ТКАЧУК

A. С. ГЛАЗЫРИН

B. И. ПОЛИЩУК

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕНЕТИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ

Предложен алгоритм предварительной идентификации параметров асинхронного двигателя на основе генетического алгоритма, позволяющий определить параметры двигателя с точностью, достаточной для реализации быстродействующих электроприводов на основе векторного управления.

Ключевые слова: асинхронный электропривод, параметрическая идентификация, генетический алгоритм.

Введение. На сегодняшний день одним из важнейших методов управления электроприводами переменного тока является векторное управление. Этот метод позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования, повысить быстродействие электропривода. Векторное

управление требует знания точных значений таких параметров схемы замещения асинхронных электродвигателей (АД), как активные и реактивные сопротивления статора, ротора и намагничивающей цепи. Большинство из этих параметров не приводятся в справочниках или справочные параметры не

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА