Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние рассматриваемой темы, цель работы и задачи исследования 8
1.1. Аккумуляторы электрической энергии мобильной сельскохозяйственной техники и их эксплуатационные свойства 8
1.2. Способы заряда и электрической регенерации аккумуляторов 13
1.3. Средства заряда и электрической регенерации аккумуляторов 20
1.4. Выводы 29
1.5. Цель и задачи исследования 30
2. Электротехнология регенеративного заряда аккумуляторов с использованием импульсного тока 32
2.1. Математическая модель и параметры схемы замещения аккумулятора 32
2.2. Параметры и режимы электротехнологии регенеративного заряда аккумуляторов импульсным током 41
2.3. Тепловой режим аккумулятора при регенеративном заряде импульсным током 47
2.4. Выводы 52
3. Выполнение и параметры энергетической части за рядно-разрядного преобразователя (ЗРП) 54
3.1. Технологические требования и обоснование схемотехнического выполнения силовой преобразовательной части ЗРП 54
3.2. Анализ и расчёт параметров энергетической части ЗРП 63
3.3. Особенности выполнения силовых блоков и узлов ЗРП 70
3.4. Выводы 73
4. Система мониторинга и управления зарядно разрядным преобразователем
4.1. Выбор и обоснования технических средств измерения контролируемых параметров и управления преобразователем 74
4.2. Разработка алгоритма функционирования преобразователя 85
4.3. Программное обеспечение системы мониторинга и управления преобразователем 90
4.4. Согласование средств программного и аппаратного управления 105
4.5. Выводы 108
5. Оценка электротехнологии заряда аккумуляторов с зарядно-разрядным преобразователем 109
5.1. Особенности конструкции и результаты испытаний ЗРП 109
5.2. Эффективность электротехнологии регенеративного заряда АКБ 112
5.3. Технико-экономическая оценка разработки 114
5.4. Выводы 116
Заключение 117
Список литературы
- Средства заряда и электрической регенерации аккумуляторов
- Параметры и режимы электротехнологии регенеративного заряда аккумуляторов импульсным током
- Анализ и расчёт параметров энергетической части ЗРП
- Разработка алгоритма функционирования преобразователя
Введение к работе
Актуальность проблемы. Электрохимические аккумуляторы нашли широкое применение практически во всех бортовых системах мобильной сельскохозяйственной техники в качестве автономных источников электрической энергии. Основными достоинствами химических аккумуляторов (АК) помимо способности многократного повторного заряда после разряда, являются достаточно высокие удельные энергетические показатели при возможности агрегатиро-ваться в аккумуляторные батареи (АКБ) для получения требуемых значений токов и напряжений при работе на нагрузку. Мобильные транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), которые широко используются в сельскохозяйственном производстве, имеют в составе используемого бортового электрооборудования соответствующие АКБ для обеспечения стартерного пуска ДВС и резервного энергообеспечения при неработающем двигателе. Всё шире АКБ используют в качестве основной энергосиловой установки электрокар и электромобилей, электропогрузчиков и др., которые находят всё более широкое применение не только в качестве внутрицехового или складского транспорта, но и в целом как наиболее экологически чистый и удобный в использовании транспорт. Процессы, происходящие в химических аккумуляторах, взаимно обратимы. Так активные вещества электродов после цикла "ЗАРЯД - РАЗРЯД" должны иметь в идеале тот же состав и тоже количество, что и до начала цикла. В процессе же хранения и при эксплуатации первоначальные свойства АКБ понижаются и для восстановления свойств и продления срока службы батарея должна подвергаться регенеративному заряду. Для этого в стационарных условиях необходимо проводить определённые режимы заряда и разряда АКБ, невыполнение или несоблюдение которых ведёт к преждевременному выходу аккумуляторов из строя, а, с учётом широчайшего их использования, в целом - к значительным ущербам. Например, удельная стоимость одного ватт-часа стартерного свинцово-кислотного (СК) аккумулятора мобильных машин с ДВС в зависимости от исполнения составляет на настоящий период (3...5) руб./(Вт-ч). Для тяговых СК аккумуляторов этот показатель соответственно составляет (2...4) руб./(Вт-ч). Для других типов химических аккумуляторов эти стоимостные показатели ещё выше. Поэтому продление срока эксплуатации аккумуляторов мобильных средств сельскохозяйственной техники путём эффективного регенеративного заряда, является актуальной задачей не только по экономическим соображениям, а и по повышению экологической безопасности окружающей среды.
Объект исследования. Электротехнология с использованием автоматизированного преобразователя электроэнергии для осуществления регенеративного заряда аккумуляторов мобильной сельскохозяйственной техники.
Методы исследования. Теоретическо-экспериментальные.
Цель работы и задачи исследования. Целью работы является разработка электротехнологии и обоснование параметров и схемотехники преобразова-
теля электроэнергии для осуществления автоматизированного регенеративного заряда аккумуляторов мобильной сельскохозяйственной техники. В связи с этим решались следующие основные задачи:
Выполнить анализ технологий заряда и заряда-разряда аккумуляторов в службах сельского хозяйства.
Разработать математическую модель и обосновать параметры схемы замещения аккумулятора как нагрузки с противо-ЭДС.
На основании математической модели и схемы замещения аккумулятора обосновать электротехнологию и требования к средству регенеративного заряда АКБ.
Разработать схемотехническое решение и дать методику расчёта параметров элементов энергетических цепей зарядно-разрядного преобразователя.
Предложить алгоритм программного управления зарядно-разрядным преобразователем и осуществить его автоматизацию с выбором соответствующих аппаратных и программных средств.
Провести цикл экспериментальных исследований для апробации эффективных технологических режимов.
Дать технико-экономическую оценку эффективности разработанной электротехнологии регенеративного заряда аккумуляторов с учетом апробации разработки в производственных условиях.
На защиту выносятся следующие положения:
Классификация электротехнологий и средств заряда АКБ мобильной сельскохозяйственной техники.
Математическая модель аккумулятора при импульсном регенеративном заряде.
Электротехнология и требования к средству регенеративного заряда АКБ.
Схемотехническое выполнение зарядно-разрядного преобразователя (ЗРП) для регенеративного заряда АКБ импульсным питанием.
Методика расчёта параметров элементов энергетических цепей ЗРП.
Алгоритм и программное обеспечение автоматизированного управления ЗРП для регенеративного заряда АКБ.
Результаты экспериментальной и производственной апробации электротехнологии регенеративного заряда АКБ от ЗРП и оценка экономической эффективности разработки.
Научная новизна работы заключается в следующем:
классифицированы возможные электротехнологии регенеративного заряда АКБ мобильной сельскохозяйственной техники;
разработана математическая модель процессов заряда и разряда ёмкости двойного электрического слоя (ДЭС);
обоснованы схема замещения и параметры аккумуляторной нагрузки при регенеративном заряде АКБ импульсным током;
обоснован выбор эффективных частот и скважностей импульсов регенеративного заряда АКБ в зависимости от её исходного состояния;
разработаны автоматизированный зарядно-разрядный преобразователь и электротехнология регенеративного заряда АКБ импульсным током, защищенные патентами на изобретения.
Практическая ценность работы. Спроектирован, создан и проверен на практике автоматизированный ЗРП и с его использованием реализована эффективная электротехнология регенеративного заряда АКБ импульсным током, подтверждённые патентами №46368 РФ, №59337 РФ и № 2309509 РФ.
Реализация результатов исследования. В период с 2005 - 2011 гг. по мере выполнения работы её результаты докладывались и получили одобрение на различных научных и научно-практических конференциях, совещаниях и семинарах различных организаций. На основе полученных результатов реализована электротехнология регенеративного заряда АКБ импульсным током, внедрённая на ряде предприятий, что подтверждается актами внедрения.
Достоверность полученных результатов подтверждена данными экспериментальных лабораторных и производственных испытаний, опытной эксплуатацией ЗРП и практической реализацией разработанной электротехнологии регенеративного заряда АКБ, а также сопоставлением расчётных и опытных данных.
Апробация работы. Основные результаты исследования рассматривались и получили одобрение на ежегодных научных и научно-практических конференциях, совещаниях и семинарах различных организаций, в том числе РГАЗУ (г. Балашиха, 2008-2011гг), ВИЭСХ (г. Москва, 2008 г), МКТ-Групп (г. Москва, 2005-2010 гг).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе в 3-х описаниях к патентам и в 3-х научных статьях в журналах, входящих в перечень ВАК РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 119 наименований и приложения. Основной материал диссертации изложен на 131 страницах машинописного текста, вспомогательный в виде приложения - на 74 страницах.
Средства заряда и электрической регенерации аккумуляторов
Существенным недостатком гальваностатического способа заряда является большая длительность процесса и регулярный перезаряд АКБ, сопровождающийся бурным газовыделением, приводящим к разрушению активных масс положительных электродов аккумуляторов. Гальваностатический способ заряда широко реализован в стационарных средствах заряда и применяется для регулярного заряда тяговых АКБ и при периодического техническом обслуживании стартерных АКБ.
Потенциостатический заряд проводится при стабилизации напряжения на АКБ (для СК - 2,45-2,55 В на каждый аккумулятор), при котором не происходит бурного газовыделения. При этом ток заряда 13 ограничен только внутренним сопротивлением аккумулятора Ra и предельным напряжением Ua зарядного устройства. U -Е
Стартовый удельный ток заряда в потенциостатическом способе достигает 1-1,5 А/(А-ч). По мере заряда ЭДС аккумулятора увеличивается, растет сопротивление поляризации и незначительно уменьшается сопротивление электролита, что в целом приводит к уменьшению тока заряда аккумулятора. О завершении заряда судят по падению удельного тока до 0,01 А/(А-ч). Продолжительность потенциостатического заряда составляет в зависимости от состояния АКБ от 5 до 12 часов.
Потенциостатический режим заряда всегда сопровождается 5-10% недо-зарядом АКБ, что при регулярном использовании этого метода приводит у СК АКБ к «необратимой» сульфатации части поверхности отрицательных электродов, и, следовательно, к преждевременному выходу из строя аккумуляторных батарей. Однако, простота реализации потенциостатического способа заряда постоянным током обусловила его широкое применение в системах мобильного заряда стартерных батарей автомобилей, тракторов и других видов самоходной сельскохозяйственной техники. Поэтому необходимо принимать специальные меры для предотвращения «необратимой» сульфатации стартерных батарей, а именно, рекомендуется не реже чем один раз в полгода проводить восстановление СК АКБ в контрольно-тренировочном цикле (КТЦ).
Комбинированный способ заряда (гальваностатический и потенциостатический или наоборот) является разновидностью потенциостатического и гальваностатического способов заряда в ряде случаев с ограничением стартового тока. Комбинированный способ заряда в 1,5-2 раза продолжительней, чем потенциостатический, но его преимуществами являются меньшая требуемая стартовая мощность источника питания и щадящий режим заряда, что особенно важно при обслуживании частично сульфатированных АКБ. Данный способ заряда применяется в системах мобильного и стационарного заряда. Для интенсификации процессов заряда АКБ применяется способ ускоренного заряда. Силу тока через АКБ при этом способе изменяют в соответствии с правилом ампер-часов /30,44,96,97/: где ан— нормированный параметр, ч" . Нормированный параметр ск# целесообразно трактовать как некоторый коэффициент интенсивности заряда, обратная величина которого соответственно равна нормированной постоянной времени тн экспоненциального процесса ускоренного заряда: Т" а 1ЛЗ) "" н С учетом (1.12) выражение (1.11) преобразовано к виду: 3 ти.п, ( После интегрирования (1.13) по продолжительности заряда получим: t Q3=Qo + iQ„-Qo)Q--eT") (i.is) Из свойств функции (1.14) следует, что аккумулятор при ускоренном заряде заряжается до 95% своей первоначальной емкости, т. е. практически полностью, через время равное 4тн.
Разновидностью способа ускоренного заряда является ступенчатый заряд /44,95-97/. Весь процесс заряда АКБ разбивается на этапы - ступени. В течение ступени сила тока заряда поддерживается неизменной, а при переходе к следующей ступени - уменьшается в два раза. Удельный ток последней ступени выбирается в пределах 0,025-0,05 А/(А-ч), а сила тока первой ступени должна в 2" 1 превышать силу тока последней, где п - количество ступеней заряда. Переход от одной ступени стабилизации тока заряда к другой осуществляется при достижении напряжения, при котором не наступает бурного газовыделения (в СК АКБ - 2,4 В на аккумулятор). Последняя ступень проводится до стабилизации напряжения на АКБ в течение 0,5-1 часа.
Сравнительно небольшой удельный ток последней ступени позволяет снизить перезаряд АКБ, а коррекция режима заряда по напряжению на АКБ позволяет избежать разрушающего воздействия стартовых токов заряда на неисправные аккумуляторы. Продолжительность ступенчатого способа заряда составляет от 4 до 15 часов. Способ ступенчатого заряда широко используется при проведении КТЦ для контроля состояния и регенерации аккумуляторов. В основном он реализован в стационарных автоматизированных зарядно-разрядных установках.
Общим недостатком систем ускоренного заряда является существенное завышение мощности, а соответственно и стоимости установки для обеспечения заряда АКБ на стартовом этапе времени. К концу заряда мощность снижается до 10% стартовой мощности. Кроме того, существенное увеличение значения тока заряда на стартовом этапе в ряде случаев негативно сказывается на сроке службы АКБ.
Наиболее широко в мобильной сельскохозяйственной технике применяются СК аккумуляторы, что обусловлено относительно высокой ЭДС, значительным током нагрузки и относительно низкой стоимостью. Основные причины, ограничивающие срок службы СК аккумуляторов: коррозия и оплывание активной массы электродов, короткое замыкание между электродами, полная «необратимая» сульфатация отрицательных электродов, саморазряд. Оплывание активной массы электродов АКБ происходит из-за разрушения пор электродов выделяющимся при заряде кислородом. Процесс газовыделения становится бурным в конце заряда СК аккумулятора, когда напряжение на нем превышает 2,4-2,5 В. Коррозия решеток электродов зависит от концентрации и температуры электролита в аккумуляторе, которые увеличиваются в конце
Параметры и режимы электротехнологии регенеративного заряда аккумуляторов импульсным током
Для перевода схемы в инверторный режим необходимо переключить тиристор VS (или батарею АБ) так, чтобы анод тиристора был соединен с выводом «плюс» аккумуляторной батареи. В этом случае передача энергии от источника постоянного тока к источнику переменного тока происходит тогда, когда ток от источника постоянного тока направлен навстречу ЭДС источника. переменного тока.
В нижней части рис.3.1, представлены схема и диаграммы напряжений и тока в элементах схемы для инверторного режима тиристорного преобразователя. Если в момент &і на тиристор VS подать управляющий импульс, то тиристор включится, поскольку вплоть до момента &2 напряжение иаъ по абсолютному значению меньше напряжения XJa- Под воздействием разности напряжений Uj — uah в цепи начнет протекать ток іц противоположный по знаку напряжению сети иаь. Наличие в питающей сети индуктивности Ld ограничивает скорость нарастания этого тока и его максимальное значение. За счет энергии, накапливаемой в индуктивности, ток продолжает протекать через тиристор и после того, как напряжение иаь по абсолютному значению будет больше напряжениях и станет равным нулю в момент #з, соответствующий равенству заштрихованных областей на нижней временной диаграмме.
При анализе нормальных режимов работы инвертора важно знать следующие основные его характеристики: входную и ограничительную.
Входная характеристика представляет собой зависимость входного напряжения инвертора Uj от среднего значения входного тока Id. Входное напряжение инвертора при допущении равенства нулю падения напряжения в тиристорах и активных сопротивлениях схемы можно представить в виде суммы двух составляющих. Первая составляющая входного напряжения — это напряжение холостого хода Udo, равное входному напряжению при мгновенной коммутации, т. е. при у = 0. Второй составляющей является среднее значение падения напряжения At/ на интервалах коммутации. В отличие от выпрямителей, у которых падение напряжения AUвычитается из напряжения холостого хода, в ведомых инверторах эти составляющие суммируются: Ud=Ud0+ AU. (3.1)
На рис.3.2 представлены входные характеристики однофазного инвертора при различных углах (3. Видно, что они в отличие от внешних характеристик выпрямителя, которые представлены на рис.3.2 в правой полуплоскости, имеют возрастающий характер (напряжение увеличивается с ростом тока). При этом внешние характеристики выпрямителя являются продолжением входных характеристик инвертора при условии равенства углов аи3.
Входные и ограничительные характеристики одной фазы тиристорного преобразователя в выпрямительном и инверторном режимах. При увеличении входного напряжения Ud растет ток U, и поэтому увеличивается угол коммутации у, т. е. при неизменном значении угла опережения (3 уменьшается угол 5 выключения тиристоров. Минимально допустимое значение угла Ътш определяется частотой сетевого напряжения и типом используемых тиристоров.
При работе инверторов ведомых сетью, могут возникнуть аварийные режимы, обусловленные теми же причинами, что и в выпрямителях, например, пробоем тиристоров, короткими замыканиями в трансформаторе и др. Однако, специфичным аварийным режимом, характерным для ведомых инверторов, является режим «опрокидывания», обусловленный уменьшением угла 5 ниже допустимого для данного типа тиристоров угла 8тщ. В этом случае тиристоры схемы не успевают восстановить свою запирающую способность, когда напряжение на них становится прямым, и поэтому остаются в проводящем состоянии. В результате источник постоянного тока оказывается закороченным через два тиристора. В трехфазной мостовой схеме протекание аварийного процесса при «опрокидывании» обычно разделяют на два этапа: первый — замыкание накоротко цепи постоянного тока, второй — замыкание накоротко всех силовых цепей, включая цепь переменного тока. Для предотвращения выхода из строя элементов схемы при такой аварии необходимо применять быстродействующие средства защиты, обеспечивающие аварийные отключения инвертора от внешних источников напряжения. Защита неповрежденных тиристоров от выхода их из строя часто осуществляется применением специальных предохранителей с плавкими вставками, обеспечивающими разрыв цепей прежде, чем аварийные токи достигнут недопустимых для тиристоров значений /18,23,70,71,109/.
Аккумуляторная батарея представляет собой в установившемся режиме практически активную нагрузку с противо- ЭДС. Поэтому представляет интерес анализ токового режима трёхфазного мостового выпрямителя при работе на аккумуляторную батарею для трех характерных значений угла управления а. Угол управления, как обычно, отсчитывается от моментов естественного включения вентилей (точки пересечения синусоид фазных напряжений). Следует отметить, что для работы мостовой схемы необходимо подавать на вентили управляющие импульсы шириной больше 60 или сдвоенные импульсы. Причина такого требования становится ясной из рассмотрения принципа работы самой схемы. В случае использования одиночных импульсов с шириной менее 60 не обеспечивается пуск выпрямителя, так как не могут включиться одновременно два вентиля в анодной и катодной группах. Кроме того, как следует из рассмотрения рис.3.3,6, при углах управления ос 60 при активной нагрузке в кривой выпрямленного напряжения и тока появляются паузы. Следовательно, необходимо одновременно с подачей управляющего импульса на очередной вступающий в работу вентиль подавать повторный управляющий импульс на соответствующий вентиль в противоположном плече или же использовать импульсы управления с длительностью более 60 .
Кривые выпрямленного напряжения и тока при работе трёхфазного мостового выпрямителя на активную нагрузку при углах управления а =30, 60 и 90. Как следует из рассмотрения рис.3,6, кривые выпрямленного напряжения и тока в диапазоне изменения угла управления от 0 до 60 непрерывны. При угле управления а=60 ток id гранично-непрерывный. При углах управления а 60 ток id прерывистый. Предельным углом управления а, при котором напряжение и ток нагрузки становятся равными нулю, является угол а=120. Таким образом, принимаем к выполнению к зарядно-разрядной установке (ЗРУ) два автономных трёхфазных моста: один выпрямительный, другой инверторный, выполненные каждый по схеме рис.3.4.
Анализ и расчёт параметров энергетической части ЗРП
От ПЛК к блоку регулирования (рис. 4.3) поступают два цифровых сигнала для разрешения работы выпрямителя и инвертора. Эти сигналы подаются на входные формирователи А1 и А2. В составе каждого формирователя для подавления электромагнитных помех имеется оптоэлектронное устройство гальванической развязки (УТР) и фильтр нижних частот (ФНЧ). С выхода формирователей сигналы поступают на устройство ввода-вывода (УВВ) А7, а затем, полученные данные передаются на процессорное ядро. В соответствии с алгоритмом обработки данных этим ядром на выходах УВВ формируются сигналы разрешающие работу СИФУ выпрямителя и инвертора. Данные сигналы поступают на выходные формирователи А13 и А15, в составе которых имеются оптоэлектронные УТР, и затем, на соответствующие входы СИФУ.
Для связи с ПЛК в блоке регулирования (рис. 4.3) применен контроллер А10 последовательного интерфейса (UART) и драйвер All. Использование в блоке регулирования (рис. 4.3) микроконтроллера ADUC7020 [111] фирмы Analog Device позволило объединить процессорное ядро, АЦП, ЦАП, УВВ и UART в одной интегральной схеме (ИС), и, следовательно, повысить быстродействие, надежность и ремонтопригодность блока регулирования.
Имеются модули ADUC-H7020 [112,113] форм-фактора DIL-40 с уста-новленной на них информационной системой ADUC7020. Их использование в значительной мере упрощает процессы сборки, отладки и ремонта блока регулирования. 4.2. Разработка алгоритма функционирования преобразователя
Во второй главе работы был обоснован способ регенеративного заряда АКБ сельскохозяйственной техники. Этот способ обеспечивает регенерацию АКБ в многократно повторяемом контрольно-тренировочном цикле (КТЦ). В каждом таком цикле производится полный заряд АКБ, и, затем, полный её разряд. КТЦ повторяется до стабилизации отдаваемой при разряде ёмкости АКБ или до максимально допустимого, с точки зрения экономической эффективности, количества этих циклов. Далее производится полный заряд АКБ и на этом режим регенеративного заряда завершается.
Кроме режима регенеративного заряда АБ, в ЗРП должны быть обеспечены и самостоятельные режимы её заряда или разряда. Разряд АКБ проводится одноэтапным при постоянной силе тока, а заряд состоит из трех последовательных этапов: 1. Предварительный заряд при постоянной силе тока; 2. Импульсный заряд; 3. Завершающий заряд АБ при постоянной силе тока.
При проведении режимов заряда-разряда могут возникать события, вызывающие прерывание этих режимов, как например, команда оператора, несанкционированное отключение электропитания, перегрев АКБ, плохой контакт при ее подключении, перегрев силового трансформатора и т.д. Учитывая большую продолжительность технологического процесса, при возникновении ряда прерываний оператор технологического процесса может отсутствовать, и, тогда необходимо обеспечить автоматическое возобновление технологического режима после завершения события, вызвавшего прерывание. Если режим заряда был прерван на этапе импульсного заряда, то при возобновлении режима всегда должен быть выполнен этап предварительного заряда при постоянной силе тока, и только затем продолжен прерванный этап. Рассмотренные выше условия функционирования зарядно-разрядного преобразователя реализованы в алгоритме, представленном на рис. 4.4. После подачи питания на преобразователь осуществляется проверка завершения предыдущего режима (блок 2 на рис. 4.4). Если режим не был завершен, то выполняется процедура возобновления режима (блок 6), в которой из электрически перепрограммируемого запоминающего устройства (ЭППЗУ) восстанавливаются значения параметров и переменных на момент прерывания режима и проверяется действие события прерывавшего режим. При прекращении действия этого события продолжение технологического процесса разрешается.
Если режим был прерван на этапе импульсного заряда (блок 7), то возобновление этого этапа произойдет только после исполнения этапа предварительного заряда АКБ при постоянной силе тока. Для этого указатель этапа процесса устанавливается в позицию "предзаряд" (блок 8). В случае проведения нового технологического режима сначала требуется ввести или выбрать из технологической базы данных параметры этого режима (блок 3). Затем после нажатия на кнопку "старт" (блок 4) произойдет сброс переменных режима в исходное состояние (блок 5). алее при запуске или возобновлении режима преобразователь будет ожидать достижения исходного состояния (блок 9): правильной полярности подключения АКБ и ведущего аккумулятора, температуры электролита и температуры силового трансформатора преобразователя меньше стартовых уставок.
Затем будут подключены энергетические цепи преобразователя (блок 10 на рис. 4.4). Для этого вначале подается питание на первичную обмотку силового трансформатора Т2 (рис. 4.2), затем замыкаются стартовые резисторы R1-R3 компенсатора реактивной мощности, после подается питание на СИФУ выпрямителя А5 (при заряде) или инвертора А6 (при разряде) и далее подключается к выходу преобразователя АКБ GB1. Все эти операции выполняются последовательно с выдержкой между ними заданных интервалов времени.
Разработка алгоритма функционирования преобразователя
При технико-экономической оценке эффективности электротехнологии регенеративного заряда АКБ импульсным током по сравнению с типовой регенерацией АКБ на постоянном токе примем равенство трудозатрат на регенерацию АКБ при одинаковом уровне автоматизации зарядной установки и всего технологического процесса. Вместе с тем, следует отметить, что при регенерации импульсным током требуется меньшее количество КТЦ для восстановления работоспособности АКБ, и, следовательно, меньшие трудозатраты. Ввиду относительной малости указанной экономии в целом и её неоднозначности ею пренебрегаем.
Основная экономия в виде дополнительной прибыли получается в результате возможности регенерации АКБ импульсным током при невозможности регенерации АКБ даже в многократном КТЦ на постоянном токе. Это, как правило, устанавливается в результате входного тестирования АКБ /45/. На основании опытных данных (Приложения 5.1 и 5.2) после регенерации на импульсном токе срок службы АКБ увеличится в среднем не менее, чем на 20% дополнительно к нормативному сроку. Исходя из этого, выполним технико-экономическую оценку годовой эффективности электротехнолгии регенеративного заряда АКБ импульсным током в расчёте на одну зарядную устансйк асчёте принимаем, что на регенеративный заряд с использованием разработанного ЗРП ставится одна условная расчётная АКБ, собранная из отдельных АК в соответствующую группу, со средним расчётным током заряда 1р = 50 А при среднем расчётном напряжении заряда Up = 40 В. Примем среднюю продолжительность заряда АКБ равной =10 часов. Тогда ёмкость одной расчётной АКБ составит: Qp =Ir-hj3 =50-10-0,7 = 350 А-ч, (5.1) где т]Э = 0,7 - средний энергетический КПД процесса заряда АКБ /97/.
Соответственно средняя расчётная мощность РР процесса заряда и средний расход электроэнергии ЭР на один цикл заряд - разряд — заряд для условной расчётной АКБ будут равны: РР = UP /Р = 40 50 = 2000 Вт, (5.2) Эр=/Р-/Р-г3=40-50.2-10 = 40-103Вт.ч. (5.3) Из прейскурантов цен различных производителей АКБ установлено, что для новых СК АКБ удельная расчётная стоимость 1 Вт-ч (В-А-ч) составляет (2...5) руб./(Вт-ч). Поэтому для восстановленных СК АКБ удельная расчётная стоимость 1 Вт-ч АКБ может быть принята на уровне сУР—\ руб./(Вт-ч). Исходя из этого, можно оценить среднюю стоимость одной расчётной АКБ ёмкостью QP = 350 А-ч на напряжение Up = 40 В: С? = Сур QP UP = 1 350 40 = 140 103руб./шт. (5.4) Увеличение срока службы АКБ за счёт импульсного регенеративного заряда от ЗРП на 20% по отношению к нормативному сроку даёт дополнительную прибыль в расчёте на одну условную расчётную АКБ в размере: UP = 0,2 СР = 0,2 140 103 = 28 -103 руб./шт. (5.5)
Принимая расчётное годовое рабочее время NPP = 250 дней и среднюю продолжительность электрической регенерации одной расчётной АКБ с учётом необходимости проведения КТЦ и подготовительного времени на обслуживание АКБ в течении NSP = 5 дней, определяем годовую производительность ЗРП в расчёте на одну условно-расчётную АКБ: nr = NPr/N3P = 250/5 = 50 шт. (5.6) Тогда полная годовая прибыль с учётом годовой производительности ЗРП составит: ПРГ = пг -ПР = 50-28-103 = 1,4-106 руб./год. (5.7) Годовой расход электроэнергии ЭРг и её стоимость Сэг на регенерацию АКБ без учёта возможности рекуперации электроэнергии разряда АКБ в питающую сеть составят: ЭРГ = пгЭр = 50-40 = 2000 кВт-ч, (5.8) СЭг = сю- ЭРГ = 3 -2000 = 6000 руб., (5.9) где суэ = 3 руб./(кВт-ч) - средняя системная стоимость 1 кВт-ч электроэнергии для потребителя сети переменного тока 380/220 В.
На основании изложенного годовой экономический эффект от внедрения электротехнологии регенеративного заряда импульсным током с использованием разработанного ЗРП составит в расчёте на одну автоматизированную установку в системе централизованного обслуживания АКБ: Эг=(ПРГ- Сэг) - ЕН-КЗРП =(М - 0,006)-106 -ОД5-2,0-Ю6 = 1,1-Ю6 руб./уст., (5.10) где Ей = 0,15 1/год - коэффициент эффективности капвложений в электрификацию технологических процессов /93/, КЗРП = 2,0-10б руб. - стоимость опытного образца ЗРП.
Из приведённых расчётов нетрудно установить, что затраты на опытный ЗРП Ток = КЗРП 1(ДРГ СЭГ) 2,0-10б /1,4-10б « 1,5 г. окупаются примерно в течение полутора лет, что свидетельствует о высокой эффективности предлагаемой электротехнологии регенеративного заряда АКБ импульсным током с использованием разработанного ЗРП.
