Научная статья на тему 'Автоматизированная система имитации электрических характеристик систем электропитания космических аппаратов'

Автоматизированная система имитации электрических характеристик систем электропитания космических аппаратов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
398
56
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ / СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ / ИСПЫТАНИЯ / ИМИТАЦИЯ / ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ / SPACECRAFT / POWER SUPPLY SYSTEM / TEST / SIMULATION / ELECTRICAL CHARACTERISTICS

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Мизрах Е.А., Пойманов Д.Н., Балакирев Р.В., Ткачёв С.Б.

Рассматриваются вопросы электрических испытаний электротехнических систем космических аппаратов (ЭТС КА) с помощью специальных систем, имитирующих электрические характеристики систем электропитания (СИЭХ СЭП) космических аппаратов. Показана актуальность применения таких систем, рассмотрены недостатки известных систем имитации. Предлагается новая автоматизированная система, позволяющая проводить электрические испытания ЭТС КА в штатных и аварийных режимах, исследовать устойчивость бортовых систем к воздействию по шинам питания электромагнитных помех требуемых амплитуды, частоты и формы сигнала. СИЭХ обеспечивает питание ЭТС КА номинальными напряжениями 27 и 100 В, содержит два специализированных источника электропитания (ИСЭП), обеспечивающих выполнение основных целевых функций, и управляющую ПЭВМ. Показано, что в ИСЭП за счет совмещения в управляемом источнике электропитания функций источника питания и генератора помех требуемой формы достигается существенное упрощение структуры, улучшение эксплуатационных характеристик, обеспечивается воспроизведение импедансных частотных характеристик системы электропитания КА. Рассматривается устройство имитатора СЭП с выходным напряжением 100 В (ИСЭП-100), содержащее нерегулируемый источник питания, управляемый стабилизатор выходного напряжения, многофункциональное быстродействующее устройство защиты (БУЗ) и цифровую систему управления и измерения сигналов. Управляемый стабилизатор выходного напряжения выполнен по схеме с двойным регулированием мощности, что позволяет обеспечить требуемые статические и динамические свойства и хорошие массогабаритные характеристики. При этом непрерывный стабилизатор напряжения (НСН) обеспечивает требуемое качество электроэнергии, воспроизводит требуемые импедансные частотные характеристики бортовой СЭП, позволяет наводить на шинах питания тестовые сигналы требуемой формы в диапазоне частот гармонического сигнала до 1 МГц. Импульсный регулятор ограничивает мощность рассеивания НСН путём стабилизации напряжения на транзисторном регуляторе тока НСН. Рассматривается БУЗ, которое отключает ЭТС КА при превышении выходного напряжения, тока нагрузки требуемых уровней и при пропадании фазы промышленной сети переменного напряжения. Время задержки срабатывания БУЗ регулируется в диапазоне от 2 мкс до 1,5 с. Разработанный СИЭХ СЭП позволяет проводить весь комплекс электрических испытаний ЭТС КА, внедрён в эксплуатацию в АО «Информационные спутниковые системы» (г. Железногорск), где использовался для испытаний бортовых ретрансляторов ряда искусственных спутников Земли.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Мизрах Е.А., Пойманов Д.Н., Балакирев Р.В., Ткачёв С.Б.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

AUTOMATED SIMULATION SYSTEM OF ELECTRICAL CHARACTERISTICS OF SPACECRAFT POWER SYSTEM

In the article authors examined problems of electrical tests of spacecraft electrical systems (SES) with special simulation systems to reproduce electrical characteristics of spacecraft power system (PSS ECSS). The relevance of these systems and disadvantages of known simulators are discussed. A new automated system, which can be used to carry out SPS electrical tests in work and emergency modes, study noise immunity of spacecraft electrical systems with given noise magnitude, frequency and shape is considered. ECSS provides stable 27 and 100 V power to SES and contains two special power supplies (ISEP) providing main functions and control computer. In the article the authors show that combining regulated power supply and noise signal generator in ISEP leads to significant topology simplification, improvement of operation characteristics and better reproduction of spacecraft power system impedance frequency characteristics. In the article topology of PSS simulator with output voltage range up to 100 V (ISEP-100), containing constant voltage supply, output voltage regulator, multifunctional low-latency protection device (LLPD) and digital control and measurement system, is examined. Output voltage regulator based on dual power regulation topology, which can provide required static and dynamical properties and satisfactory specific power. Continuous voltage regulator (CVR) provides energy quality, reproduce required impedance frequency characteristics of onboard SPP, allows to induce test signals of required shape on power bus in frequency range up to 1 MHz; Switching regulator limits power dissipation of CVR by voltage regulation on CVR transistor current regulator. Developed and studied LLPD, which is able to shut down SES on overvoltage and overcurrent conditions above specified levels and provides AC network phase loss detection. LLPD delay can be defined in range 2 to 1500 us. Developed PSS ECSS allows carrying out entire program of spacecraft electrical systems tests and operated in Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems, Zheleznogorsk, where it was used for onboard repeaters tests of various spacecrafts.

Текст научной работы на тему «Автоматизированная система имитации электрических характеристик систем электропитания космических аппаратов»

УДК 681.333(088.8)

Вестник СибГАУ Том 17, № 3. С. 702-709

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ИМИТАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Е. А. Мизрах*, Д. Н. Пойманов, Р. В. Балакирев, С. Б. Ткачёв

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: enis-home@mail.ru

Рассматриваются вопросы электрических испытаний электротехнических систем космических аппаратов (ЭТС КА) с помощью специальных систем, имитирующих электрические характеристики систем электропитания (СИЭХ СЭП) космических аппаратов. Показана актуальность применения таких систем, рассмотрены недостатки известных систем имитации. Предлагается новая автоматизированная система, позволяющая проводить электрические испытания ЭТС КА в штатных и аварийных режимах, исследовать устойчивость бортовых систем к воздействию по шинам питания электромагнитных помех требуемых амплитуды, частоты и формы сигнала. СИЭХ обеспечивает питание ЭТС КА номинальными напряжениями 27 и 100 В, содержит два специализированных источника электропитания (ИСЭП), обеспечивающих выполнение основных целевых функций, и управляющую ПЭВМ. Показано, что в ИСЭП за счет совмещения в управляемом источнике электропитания функций источника питания и генератора помех требуемой формы достигается существенное упрощение структуры, улучшение эксплуатационных характеристик, обеспечивается воспроизведение импедансных частотных характеристик системы электропитания КА.

Рассматривается устройство имитатора СЭП с выходным напряжением 100 В (ИСЭП-100), содержащее нерегулируемый источник питания, управляемый стабилизатор выходного напряжения, многофункциональное быстродействующее устройство защиты (БУЗ) и цифровую систему управления и измерения сигналов. Управляемый стабилизатор выходного напряжения выполнен по схеме с двойным регулированием мощности, что позволяет обеспечить требуемые статические и динамические свойства и хорошие массогабаритные характеристики. При этом непрерывный стабилизатор напряжения (НСН) обеспечивает требуемое качество электроэнергии, воспроизводит требуемые импедансные частотные характеристики бортовой СЭП, позволяет наводить на шинах питания тестовые сигналы требуемой формы в диапазоне частот гармонического сигнала до 1 МГц. Импульсный регулятор ограничивает мощность рассеивания НСН путём стабилизации напряжения на транзисторном регуляторе тока НСН. Рассматривается БУЗ, которое отключает ЭТС КА при превышении выходного напряжения, тока нагрузки требуемых уровней и при пропадании фазы промышленной сети переменного напряжения. Время задержки срабатывания БУЗ регулируется в диапазоне от 2 мкс до 1,5 с.

Разработанный СИЭХ СЭП позволяет проводить весь комплекс электрических испытаний ЭТС КА, внедрён в эксплуатацию в АО «Информационные спутниковые системы» (г. Железногорск), где использовался для испытаний бортовых ретрансляторов ряда искусственных спутников Земли.

Ключевые слова: космический аппарат, система электропитания, испытания, имитация, электрические характеристики.

Sibirskii Gosudarstvennyi Aerokosmicheskii Universitet imeni Akademika M. F. Reshetneva. Vestnik Vol. 17, No. 3, P. 702-709

AUTOMATED SIMULATION SYSTEM OF ELECTRICAL

CHARACTERISTICS OF SPACECRAFT POWER SYSTEM

E. A. Mizrah*, D. N. Poymanov, R. V. Balakirev, S. B. Tkachev

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: enis-home@mail.ru

In the article authors examined problems of electrical tests of spacecraft electrical systems (SES) with special simulation systems to reproduce electrical characteristics of spacecraft power system (PSS ECSS). The relevance of these systems and disadvantages of known simulators are discussed.

A new automated system, which can be used to carry out SPS electrical tests in work and emergency modes, study noise immunity of spacecraft electrical systems with given noise magnitude, frequency and shape is considered.

ECSSprovides stable 27 and 100 Vpower to SES and contains two special power supplies (ISEP) providing main functions and control computer.

In the article the authors show that combining regulated power supply and noise signal generator in ISEP leads to significant topology simplification, improvement of operation characteristics and better reproduction of spacecraft power system impedance frequency characteristics.

In the article topology of PSS simulator with output voltage range up to 100 V (ISEP-100), containing constant voltage supply, output voltage regulator, multifunctional low-latency protection device (LLPD) and digital control and measurement system, is examined. Output voltage regulator based on dual power regulation topology, which can provide required static and dynamical properties and satisfactory specific power. Continuous voltage regulator (CVR) provides energy quality, reproduce required impedance frequency characteristics of onboard SPP, allows to induce test signals of required shape on power bus in frequency range up to 1 MHz; Switching regulator limits power dissipation of CVR by voltage regulation on CVR transistor current regulator. Developed and studied LLPD, which is able to shut down SES on overvoltage and overcurrent conditions above specified levels and provides AC network phase loss detection. LLPD delay can be defined in range 2 to 1500 us.

Developed PSS ECSS allows carrying out entire program of spacecraft electrical systems tests and operated in Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems, Zheleznogorsk, where it was used for onboard repeaters tests of various spacecrafts.

Keywords: spacecraft, power supply system, test, simulation, electrical characteristics

Введение. Электрические испытания электротехнических систем космических аппаратов (ЭТС КА) составляют важный этап в практике наземной отработки космических аппаратов. В ходе наземных испытаний ЭТС КА, подключаемые к системам электропитания (СЭП) [1-7], должны проверяться на работоспособность в штатных и аварийных режимах и на устойчивость к воздействию по шинам питания электромагнитных помех допустимой амплитуды [8].

Бортовая СЭП в общем случае не соответствует условиям испытаний по следующим причинам:

- для имитации ухудшения качества напряжения питания вследствие аварийных режимов и постепенной деградации электротехнического оборудования бортовой СЭП требуется варьировать напряжение в широком диапазоне на входах ЭТС КА (нагрузок);

- СЭП КА не может наводить на шинах питания помехи с регулируемыми параметрами и в требуемом диапазоне амплитуд и частот, что не позволяет имитировать помеховую обстановку и проверять на работоспособность и устойчивость к воздействию по шинам питания электромагнитных помех ЭТС КА, например ретрансляторов;

- бортовую СЭП КА нежелательно использовать при входном контроле электрооборудования потребителей энергии из-за возможности возникновения нештатных ситуаций или отказов испытываемого оборудования, что может привести к выходу из строя потребителей.

Поэтому при автономных электрических испытаниях бортовых ЭТС (потребителей) применяются различные системы и устройства, обеспечивающие требуемые электрические режимы [9-14]. Современные технические решения и элементная база позволили повысить частоты модуляции импульсных источников питания СЭП и ЭТС КА до 100 кГц, что потребовало расширить частотный диапазон испытательной аппаратуры до 10 МГц.

Известные испытательные системы и комплексы содержат основной управляемый источник электро-

питания, несколько генераторов помех различной формы, автоматизированную систему управления, измерения и регистрации сигналов. В таких системах для наведения на шинах питания тестовых помех используются согласующие трансформаторы или инжекторы помех. Эти устройства имеют следующие недостатки:

1. Трансформаторы и инжекторы имеют трапецеидальные частотные характеристики, что ограничивает частоты передаваемых сигналов снизу (50 Гц и ниже) и сверху (свыше 1 МГц);

2. Через обмотки трансформаторов и инжекторов могут протекать постоянные токи нагрузки до нескольких сотен ампер, что обычно приводит к насыщению сердечников устройств и аварийным режимам работы генераторов помех.

3. Наличие большого количества генераторов импульсов ухудшает эксплуатационные характеристики испытательного комплекса, так как усложняется структурная схема испытаний, системы управления испытаниями, контроля и защиты.

Авторами разработана и создана автоматизированная система имитации электрических характеристик систем электропитания космических аппаратов (СИЭХ СЭП), которая во многом лишена вышеперечисленных недостатков за счет совмещения в управляемом источнике электропитания функций источника питания и генератора помех требуемой формы. Отличительной особенностью СИЭХ СЭП является воспроизведение такой важной характеристики СЭП, как полное внутреннее сопротивление (импеданс) [15; 16].

СИЭХ СЭП выполняет следующие функции:

- обеспечивает питание ЭТС КА номинальным напряжением 100 В;

- обеспечивает питание ЭТС КА номинальным напряжением 27 В;

- имитирует выходной импеданс СЭП на шине 100 В;

- имитирует выходной импеданс СЭП на шине 27 В;

- имитирует помеховую обстановку на выходной шине 100 В;

- имитирует помеховую обстановку на выходной шине 27 В;

- осуществляет защиту потребителя по заданным требованиям на переходные процессы тока и напряжения;

- осуществляет измерение и преобразование сигналов с датчиков токов и напряжений выходных шин 27 и 100 В в цифровую форму и передает их в управляющий вычислительный комплекс, имитирующий бортовой комплекс управления;

- коммутирует электрообогреватели и контролирует целостность их электрических цепей.

СИЭХ СЭП позволяет воспроизводить и регулировать в требуемом диапазоне выходные статические (вольт-амперные) и динамические (полное внутреннее сопротивление) характеристики бортовой СЭП, наводить на шинах питания тестовые сигналы требуемой формы в диапазоне частот гармонического сигнала до 1 МГц, что позволяет исследовать работу бортового электрооборудования в штатных и аварийных режимах.

Конструкция СИЭХ СЭП. Основу СИЭХ СЭП (рис. 1) составляют два имитатора - ИСЭП-27 и ИСЭП-100, к выходным шинам которых подключен комплекс бортовых потребителей электроэнергии различной мощности. Для управления СИЭХ СЭП и получения информации о состоянии его устройств используется управляющая ПЭВМ.

Стабилизаторы напряжения (СН), входящие в ИСЭП-100 и СН ИСЭП-27, построены по схеме с двойным регулированием мощности [17; 18]: непрерывный стабилизатор напряжения (НСН) обеспечивает требуемое качество электроэнергии, воспроизводит требуемые импедансные частотные характеристики бортовой СЭП, позволяет наводить на шинах питания тестовые сигналы требуемой формы в диапазоне частот гармонического сигнала до 1 МГц; импульсный регулятор ограничивает мощность рассеивания НСН путём стабилизации напряжения на транзисторном регуляторе тока НСН.

Источники (генераторы стандартных сигналов) тестовых сигналов (ИТС1 и ИТС2), подключенные к входам стабилизаторов напряжения, позволяют создавать на шинах электропитания требуемые по форме сигнала помехи в широком амплитудно-частотном диапазоне.

Выход каждого СН подключается твердотельными реле с независимой коммутацией к двум выходным шинам ИСЭП, что позволяет проверить работоспособность бортовых потребителей с параллельным электропитанием каналов.

Для повышения точности измерительной части СИЭХ СЭП измерение токов в маломощных и мощных потребителях электроэнергии (нагрузки Н1-Н6 на рис. 1) производится датчиками тока с разной чувствительностью.

Рис. 1. Структурная схема СИЭХ СЭП: ИТС1, ИТС2 - источники тестовых сигналов; Д-100, Д-27 - делители напряжений датчиков измерительной системы имитационного комплекса; СН ИСЭП-100, СН ИСЭП-27 - стабилизаторы напряжения шин комплекса 100 и 27 В; УСД-100, УСД-27 - устройства сбора данных; УК-100, УК-27 - устройства коммутации электрообогревателей; Н1-Н4 - нагрузки до 600 Вт; Н5, Н6 - нагрузки более 600 Вт;

Э0-100, ЭО-27 - блоки электрообогревателей испытываемого оборудования

При длинных кабельных линиях и больших токах потребления напряжение нагрузки отличается от выходного напряжения ИСЭП. Для измерения действительных напряжений нагрузки в соединительных кабелях нагрузок предусмотрены провода, соединяющие входы питания бортовых потребителей электроэнергии с датчиками напряжения измерительной системы имитационного комплекса.

Полученные напряжения нагрузок поступают в устройства сбора данных (УСД-100 и УСД-27) и на делители напряжений (Д-100 и Д-27). Такое решение позволяет использовать аналого-цифровые преобразователи, встроенные в УСД имитационного комплекса, или дополнительно подключить комплекс внешнего измерительного оборудования.

Устройства коммутации УК-27 и УК-100 подключают электрообогреватели системы терморегулирования бортовых устройств к выходам СИЭХ СЭП, контролируют состояние соединительных цепей и обеспечивают защиту СИЭХ СЭП от короткого замыкания в цепях электрообогревателей.

Выходы шин имитаторов ИСЭП-27 и ИСЭП-100 гальванически развязаны от корпуса, шин питающей сети переменного напряжения 380 В, 50 Гц и интерфейсов связи СИЭХ СЭП с управляющей ПЭВМ.

Конструкция ИСЭП-100. Основу имитатора СЭП (рис. 2) составляет непрерывный стабилизатор напряжения (СН) последовательного типа (источник питания, регулирующий элемент и нагрузка включены последовательно) с полосой пропускания до 1 МГц. Контур стабилизации напряжения выходной шины образован операционным усилителем ОУ, устройством управляемой коррекции УК, усилителем напряжения УН, усилителями мощности УМ1-УМ4 и коррекцией в цепи обратной связи КОС. Требуемое напряжение выходной шины ИСЭП задается источником опорного напряжения ИОН. Рациональная структура СН позволила обеспечить требуемую ширину полосы пропускания контура стабилизации СН и, как следствие, достаточно хорошее совпадение требуемой и реальной импедансных частотных характеристик СН (рис. 3).

Для ограничения мощности, рассеиваемой непрерывными регулирующими элементами (усилителями мощности УМ1-УМ4), напряжение на них стабилизируется импульсными регуляторами напряжения ИРН1-ИРН4.

Питание ИРН осуществляется от двух стабилизирующих выпрямителей Lambda TX250048.

Работа ИСЭП с подключенной нагрузкой характеризуется двумя режимами, различающимися уровнем допустимых амплитуд переходных процессов напряжения выходной шины: воспроизведение требуемой помеховой обстановки и воспроизведение переходных процессов в широком допуске амплитуд. Для обеспечения этих режимов работы ИСЭП напряжение стабилизации ИРН должно перекрывать диапазон амплитуд в каждом режиме работы. Изменение напряжения стабилизации ИРН выполняется в ИСЭП путем изменения коэффициентов обратных связей ОС ИРН1-ИРН4 по команде микроконтроллера.

При работе СИЭХ СЭП с маломощными (высоко-омными) потребителями, подключенными кабелями, общая длина которых значительно превышает длину кабелей бортовой сети КА, может потребоваться дополнительное согласование частотных характеристик ИСЭП с испытываемой нагрузкой для исключения самовозбуждения комплекса. Для согласования характеристик имитационного комплекса и потребителей в СИЭХ СЭП предусмотрены меры, позволяющие корректировать ИЧХ ИСЭП переключением параметров устройства коррекции по команде контроллера. Это позволяет использовать СИЭХ СЭП для имитации источников питания с различными динамическими характеристиками. Состояние выходных шин имитатора (напряжения и токи выходных шин) измеряется датчиками напряжения ДН0, ДН1, ДН1.1, ДН2, ДН 2.1 и датчиками тока ДТ0-ДТ3. Аналоговые сигналы датчиков оцифровываются аналого-цифровыми преобразователями устройства сбора данных и поступают в блок цифровой обработки для фильтрации от помех и накопления измеренных значений. Применение шинной архитектуры между устройством сбора данных и микроконтроллером позволяет при необходимости наращивать число каналов в измерительной системе или добавлять новые функции цифровой обработки данных.

Устройство защиты использует результаты измерений напряжения и токов выходных шин имитатора для управления твердотельными реле (ТР1, ТР2) и источником питания 2xLambda TX250048.

Коммутация линий 1 и 2 выходных шин имитатора СЭП и шин электрообогревателей ЭО1-ЭО36 ретрансляторов осуществляется быстродействующими твердотельными реле ТР1, ТР2, К1-К36.

Датчики КЦ1-КЦ36 позволяют выявить оборванные или короткозамкнутые цепи электрообогревателей. Блок управления коммутаторами выдает управляющие сигналы для твердотельных реле К1-К36 и обеспечивает защиту электрообогревателей и испытательного комплекса от аварийных ситуаций в цепях питания электрообогревателей.

ИСЭП-100 имеет отдельный вход для подключения источника тестовых сигналов ИТС и дополнительные аналоговые выходы для измерения напряжений и токов выходных шин.

ИСЭП-100 дважды гальванически развязан от сети переменного тока 380 В 50 Гц и управляющей ПЭВМ:

1. С помощью стабилизирующих выпрямителей Lambda TX250048.

2. С помощью импульсных регуляторов напряжения ИРН1-ИРН4 мостового типа. Гальваническая развязка повышает защищенность потребителей в случае аварийной ситуации в ИСЭП. В ИСЭП-100 предусмотрена защита испытываемого электротехнического оборудования отключением его от выходов имитатора в случае отклонения токов и напряжений от установленных требований на переходные процессы в шинах СЭП. Многофункциональное быстродействующее устройство защиты, выполняющее эту функцию, получает информацию о состоянии имитатора из регистров устройства сбора данных.

Рис. 2. Структурная схема ИСЭП-100: ИТС - источник тестовых сигналов; БИРН - блок импульсных регуляторов напряжения; ИРН1-ИРН4 - импульсные регуляторы напряжения; ИП 2хЬатЪ(!а ТХ250048 - источник питания ИРН; БНУМ - блок непрерывных усилителей мощности; ГР - гальваническая развязка интерфейса ЯБ-232; ИОН - источник опорного напряжения; АЦП1.1-АЦП4.2 - двухканальные аналого-цифровые преобразователи; ОУ - операционный усилитель; УН - усилитель напряжения; УК - управляемая коррекция; УМ1-УМ4 - усилители мощности; КОС - коррекция в обратной связи; ДН0, ДН1, ДН1.1, ДН2, ДН2.1 - датчики напряжения; ДТ0-ДТ3 - датчики тока; ТР1 и ТР2, К1-К36 - твердотельные реле; КЦ1-КЦ36 - датчики контроля цепей электрообогревателей; ЭО1-ЭО36 - электрообогреватели; Н1-Н4 - испытываемые потребители электроэнергии (нагрузки)

Структурная схема устройства защиты СИЭХ СЭП показана на рис. 4. Для защиты испытываемого оборудования СИЭХ СЭП контролирует следующие атрибуты выходных шин: напряжения выходов стабилизаторов, суммарные токи нагрузок шин 27, 100 В и токи в маломощных линиях. Каждый контролируемый устройством защиты параметр допускает установку до четырех пороговых значений с независимыми задержками срабатывания защиты от 2 мкс до 1,5 с.

Конструкция устройства защиты. Устройство защиты каждого ИСЭП состоит из нескольких блоков контроля параметров (КП1-КПл - по числу контролируемых параметров). Пороговые значения контролируемой величины помещаются в регистры 1-4, а требуемые задержки срабатывания - в регистры 5-8. Измеренное значение параметра переписывается из выходного регистра устройства сбора данных в ре-

гистр результата измерения устройства защиты и подается на входы блока цифровых компараторов БК-1. В этом блоке происходит сравнение значений измеренного параметра и установленных пороговых значений защиты. Результаты сравнения значений подаются на входы счетчиков, указывая направление их счета. Выходные величины счетчиков, пропорциональные времени превышения параметром порогового значения, подаются на блок компараторов БК-2 для сравнения с установленными задержками срабатывания. Выходные сигналы БК-2 всех контролируемых параметров подаются в блок логики управления твердотельными реле. Сигналы этого блока, прошедшие через выходной буфер устройства защиты, служат для управления источниками электропитания 2xLambda ТХ250048 и твердотельными реле.

Рис. 3. Импедансные частотные характеристики ИСЭП-100: грЦ) - требуемая ИЧХ; - реальная ИЧХ ИСЭП

Устройство синхронизации

П

Контроллер

Рис. 4. Структурная схема устройства защиты СИЭХ СЭП

Выходные сигналы БК-2 всех контролируемых параметров подаются в блок логики управления твердотельными реле. Сигналы этого блока, прошедшие через выходной буфер устройства защиты, служат для управления источниками электропитания 2xLambda ТХ250048 и твердотельными реле.

Для повышения помехозащищенности и точности срабатывания устройства защиты требуется, чтобы за минимальное время задержки защиты 2 мкс устройство защиты производило наибольшее число циклов сравнения измеренных величин параметров с установленными значениями. Для этого регистры результатов измерения, блоки компараторов и счетчиков работают в конвейерном режиме обработки данных.

С целью обеспечения безошибочной работы конвейеров во время обмена информацией о текущем состоянии защит с микроконтроллером, функции синхронизации устройств и функции интерфейса связи с микроконтроллером были объединены в устройстве синхронизации. По результатам моделирования устройства защиты и устройства сбора данных в пакетах Риайш-П у8.1 и Мюгосар у7.0 было получено значение минимального времени операции конвейера в 16,1 нс, что в 62 раза меньше минимально допустимого значения 1 мкс. Логическая часть устройства защиты собрана на основе ПЛИС, что позволяет при необходимости увеличить число контролируемых параметров, сменить алгоритм работы блоков КП1-КПл и блока управления твердотельными реле.

Основные технические характеристики имитаторов СЭП.

Характеристики ИСЭП 27/2,5:

1. Выходная мощность имитатора - до 2600 Вт.

2. Диапазон регулирования выходного напряжения 13-44 В.

3. Максимальный ток нагрузки - 65 А.

4. Максимальная амплитуда наводимых импульсных и гармонических тестовых напряжений в диапазоне частот от 1 Гц до 30 кГц - 4 В.

5. Максимальная частота наводимых гармонических напряжений с амплитудой 1,0 В - 1000,0 кГц.

6. Максимальная частота воспроизведения требуемого импеданса с погрешностью не более 5 % -10,0 МГц.

7. Габаритные размеры (ВхШхГ) - 720x560x600 мм.

8. Вес - 91 кг.

Характеристики ИСЭП 100/3,0:

1. Выходная мощность имитатора - до 3000 Вт.

2. Диапазон регулирования выходного напряжения 65-120 В.

3. Максимальный ток нагрузки - 47 А.

4. Максимальная амплитуда наводимых импульсных и гармонических тестовых напряжений в диапазоне частот от 1 Гц до 60 кГц - 4 В.

5. Максимальная частота наводимых гармонических напряжений с амплитудой 1,0 В - 1000,0 кГц.

6. Максимальная частота воспроизведения требуемого импеданса с погрешностью не более 5 % -10,0 МГц.

7. Габаритные размеры (ВхШхГ) - 720x560x600 мм.

8. Вес - 90 кг.

Заключение. Разработанный СИЭХ СЭП позволяет проводить весь комплекс электрических испытаний ЭТС КА, внедрён в эксплуатацию в АО «Информационные спутниковые системы» (г. Железногорск), где использовался для испытаний бортовых ретрансляторов ряда искусственных спутников Земли.

Благодарности. Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (соглашение № 14.577.21.0082; уникальный идентификатор RFMEFI57714X0082).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Acknowledgements. This work was supported by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (Contract № 14.577.21.0082; unique identifier RFMEFI57714X0082).

Библиографические ссылки

1. Системы электропитания космических аппаратов / Б. П. Соустин [и др.]. Новосибирск : Наука, 1994. 318 с.

2. Шиняков Ю. А. Энергетический анализ структурных схем систем электроснабжения автоматических космических аппаратов // Известия Томского политехн. ун-та. 2006. Т. 309, № 8. С. 152-155.

3. Системы электропитания космических аппаратов на основе регулируемых инверторов тока / А. В. Осипов [и др.] // Известия Томского политехн. ун-та. 2014. Т. 324, № 4. С. 102-109.

4. Mukund R. Patel. Spacecraft power systems [Электронный ресурс]. New York : Washington, D.C. : CRC Press. 691 p. URL: www.e-reading.co.uk (дата обращения: 13.01.2014).

5. Система электроснабжения космического аппарата с интегрированным повышающим преобразователем напряжения / Ю. М. Казанцев [и др.] // Вопросы электромеханики. 2011. Т. 125, № 6. С. 41-44.

6. Системы электропитания космических аппаратов на основе регулируемых преобразователей с промежуточным звеном повышенной частоты / А. В. Осипов [и др.] // Известия Томского политехн. ун-та. 2013. Т. 323, № 4. С. 126-132.

7. Пат. 2396666 Российская Федерация, МПК H 02 J 7/34. Система электропитания космического аппарата / Кудряшов В. С., Эльман В. О., Нестере-шин М. В. и др. № 2009124704/09 ; заявл. 29.06.2009 ; опубл. 10.08.2010, Бюл. № 22. 8 с.

8. ГОСТ 30804.4.11-2013. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к провалам, кратковременным прерываниям и изменениям напряжения электропитания. Требования и методы испытаний. М. : Стандартинформ, 2014.

9. Пат. 2513322 Российская Федерация, МПК B 64 G 5/00, G 01 R 31/00. Способ электрических проверок космического аппарата / Опенько С. И., Нестеришин М. В., Коротких В. В., Лесковский А. Г. № 2012122676/11 ; заявл. 01.06.2012 ; опубл. 20.04.2014, Бюл. № 11.

10. Пат. 1200409 СССР, МПК4 H 03 K 17/74. Имитатор переходных процессов / Колоколов М. В., Гаазе В. Б. № 3513702/24-21 ; заявл. 09.11.1982 ; опубл. 23.12.1985, Бюл. № 47.

11. Пат. 1211858 СССР, МПК4 H 03 K 4/00. Имитатор провалов напряжения сети / Заборня А. В., Лопарев С. Ф. № 3765185/24-21 ; заявл. 18.07.1984 ; опубл. 15.02.1986, Бюл. № 6.

12. Пат. 1462470 СССР, МПК4 H 03 K 4/00. Имитатор импульсных помех / Шидловский А. К., Музы-ченко А. Д., Лизогуб В. А. и др. № 4227777/24-21 ; заявл. 13.04.1987 ; опубл. 28.02.1989, Бюл. № 8.

13. Пат. 2277713 Российская Федерация, МПК G 01 R 31/28. Аппаратно-программный комплекс имитации нестабильности напряжения питания постоянного тока / Иванов Ю. Т., Семин А. А., Трофимов А. С., Чернышев В. И. № 2004137523/28 ; заявл. 22.12.2004 ; опубл. 10.06.2006, Бюл. № 16.

14. Лобанов Д. К., Мизрах Е. А. Энергосберегающее нагрузочное устройство для испытаний систем электропитания постоянного тока // Вестник СибГАУ. 2010. № 6 (32). С. 56-60.

15. Краснобаев Ю. В., Пожаркова И. Н. Определение допустимых значений выходного импеданса автономной системы электропитания // Вестник Сиб-ГАУ. 2007. № 3 (16). С. 91-96.

16. Пожаркова И. Н., Капулин Д. В. Методика формирования требований к выходному импедансу систем электропитания космических аппаратов // Авиакосмическое приборостроение. 2011. № 6. С. 12-16.

17. Пат. 2303281 Российская Федерация, МПК G 05 F 1/595. Вторичный источник питания / Мизрах Е. А., Пойманов Д. Н., Ткачев С. Б. № 2006100259/09 ; заявл. 10.01.2006 ; опубл. 20.07.2007, Бюл. № 20.

18. Пат. 76148 Российская Федерация, МПК G 06 G 7/48. Вторичный источник питания / Мизрах Е. А., Пойманов Д. Н. № 2008113829/22 ; заявл. 08.04.2008 ; опубл. 10.09.2008, Бюл. № 25.

References

1. Soustin B. P., Ivanchura V. I., Chernyshev A. I., Islyaev Sh. N. Sistemy elektropitaniya kosmicheskikh apparatov [Spacecraft power systems]. Novosibirsk, Nauka Publ., 1994, 318 p.

2. Shinyakov Yu. A. [Energy analysis of spacecraft power system topologies]. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, 2006, vol. 309, No. 8, P. 152-155 (In Russ.).

3. Osipov A. V. [Regulated invertors spacecraft power systems]. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University 2014, vol. 324, No. 4, P. 102-109 (In Russ.).

4. Mukund R. Patel. Spacecraft power systems. New York, Washington, D.C., CRC Press, 691 p. Available at: www.e-reading.co.uk (accessed 13.01.2014).

5. Kazantsev Yu. M., Gordeev K. G., Lekarev A. F., Gavrilov A. M. [Spacecraft power system with integrated step-up converter]. Voprosy elektromekhaniki 2011, vol. 125, No. 6, P. 41-44 (In Russ.).

6. Osipov A. V., Shinyakov Yu. A., Otto A. I., Chernaya M. M. [Spacecraft power systems based on regulators with intermediate high-frequency stage]. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University 2013, vol. 323, No. 4, P. 126-132 (In Russ.).

7. Kudryashov V. S., Elman V. O., Nesterishin M. V. Sistema elektropitaniya kosmicheskogo apparata [Spacecraft power system]. Patent RF, no. 2396666, 2010.

8. GOST 30804.4.11-2013 (IEC 61000-4-11:2004). Electromagnetic compatibility of technical equipment. Voltage dips, short interruptions and voltage variations immunity. Requirements and test methods. Moscow, Standartinform Publ., 2014.

9. Korotkich V. V., Leskovskiy A. G. Sposob elektricheskikh proverok kosmicheskogo apparata [Spacecraft electrical tests method]. Patent RF, no. 2513322, 2014.

10. Kolokolov M. V., Gaaze V. B. Imitator perekhodnykh protsessov [Transient simulator]. Patent USSR, no. 1200409, 1985.

11. Zabornya A. V., Loparev S. F. Imitator provalov napryazheniya seti [Voltage drop simulator]. Patent USSR, no. 1211858, 1986.

12. Schidlovskiy A. K., Muzychenko A. D., Lizo-gub V. A. Imitator impulsnykh pomekh [Impulse noise simulator]. Patent USSR, no. 1462470, 1989.

13. Ivanov Yu. T., Semin A. A., Trofimov A. S., Chernyshev V. I. Apparatno-programmnyy kompleks imitatsii nestabilnosti napryazheniya pitaniya postoyan-nogo toka [Hardware and software complex for voltage instability simulation]. Patent RF, no. 2277713, 2006.

14. Lobanov D. K., Mizrah E. A. [Energy saving load for DC power systems test]. Vestnik SibGAU. 2010, No. 6(32), (In Russ.).

15. Krasnobaev Yu. V., Pozharkova I. N. [Study of autonomous power supply system acceptable output impedance values range]. VestnikSibGAU. 2007, No. 3 (16), P. 91-96 (In Russ.).

16. Pozharkova I. N., Kapulin D. V. [Methodic of spacecraft power system output impedance requirements determination] Aerospace instrumentation. Moscow, Nauchtechlitizdat Publ., 2011.

17. Mizrah E. A., Poymanov D. N., Tkachev S. B. Vtorichnyi istochnik pitaniya [Secondary power supply]. Patent RF, no. 2303281, 2006.

18. Mizrah E. A., Poymanov D. N. Vtorichnyi istochnik pitaniya [Secondary power supply]. Patent RF, no. 76148, 2008.

© Мизрах Е. А., Пойманов Д. Н., Балакирев Р. В., Ткачёв С. Б., 2016

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.