CC BY
12
УДК 621.311.69
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДАТЧИКОВ МАЛЫХ ПОСТОЯННЫХ ТОКОВ
М. А. Микрюкова, К. М. Серебринникова, Н. В. Штабель
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: mashakruk.95@mail.ru
Проведено экспериментальное исследование погрешности и частотных характеристик датчиков малых постоянных токов, используемых при контроле сопротивления изоляции космического аппарата.
Ключевые слова: система электропитания космического аппарата, датчики малых постоянных токов, сопротивление изоляции, токи утечки, защитное отключение.
STUDY OF SMALL MAGNITUDE DIRECT CURRENT SENSOR CHARACTERISTICS
M. A. Mikryukova, K. M. Serebrinnikova, N. V. Shtabel
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: mashakruk.95@mail.ru
The authors studied accuracy and frequency characteristics of small direct current sensors used for spacecraft power system insulation resistance measurements.
Keywords: spacecraft power system, small direct current sensor, insulation resistance, leakage currents, safety protection.
Одной из особенностей СЭП КА является связь шины «минус» с корпусом, что предотвращает возможность пробоя сопротивления изоляции токоведущих шин системы электропитания на корпус, который накапливает большой электрический потенциал при полете в космическом пространстве.
Для наземных испытаний электрооборудования космического аппарата (КА) применяются специальные испытательные стенды. Структура стенда испытаний энергопреобразующей аппаратуры КА показана на рис. 1 и включает в себя: имитатор солнечной батареи (ИБС), имитатор аккумуляторной батареи (ИАБ), систему электропитания, полезную нагрузку (Н), устройство защитного отключения (УЗО), устройство контроля сопротивления изоляции (УКИЗ) [1].
При этом замыкание любой шины «плюс» системы электропитания на корпус может привести к короткому замыканию, а следовательно порче оборудования и соединительной кабельной сети. Для защиты от аварийных ситуаций при наземных испытаниях используются устройства защитного отключения, предотвращающие как превышение напряжения и тока на линии, так и превышение разностным током в шинах «плюс» и «минус» допустимой величины.
Устройство контроля сопротивления изоляции позволяет в процессе испытаний отслеживать любые отклонения сопротивления изоляции от нормы и предупреждать оператора в случае возникновения аварийных ситуаций. Оба устройства основаны на измерении разностного тока плюсовой и минусовой шин питания, для измерения которых в устройствах применяются датчики малых постоянных токов.
Для устройства защитного отключения (УЗО) требуется датчик со следующими характеристиками:
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 1
• диапазон измерения тока 0-100 мА любой полярности;
• погрешность измерения: не более ±10 %;
• запаздывание сигнала: не более 15 мс;
В УКИЗ требуется датчик со следующими характеристиками:
• диапазон измерения 0-10 мА любой полярности;
• погрешность измерения: не более ±10 %;
• запаздывание сигнала: не более 1 с.
Как видно из характеристик, для УЗО важнее быстродействие датчика, а для УКИЗ высокая точность измерений.
Рис. 1. Структура испытательного стенда энергопреобразующей аппаратуры КА
В настоящее время на рынке практически не представлено серийно выпускаемых датчиков малых токов. Для исследования было выбрано 2 модели: датчик тока ЬЕМ CTSR.-0.3P [2] с диапазоном измерения ±500 мА и датчик токов утечки 3Е SLD1-10mA [3] с диапазоном измерения ±10 мА.
Основными показателями для датчика тока являются погрешность измерения и быстродействие. В ходе работы экспериментально были получены характеристики датчиков в полном диапазоне измерений, а также частотные характеристики. После определения характеристик производилось вычисление абсолютной и приведенной погрешностей датчиков. Погрешности датчиков приведены на рис. 2.
Из рисунков видно, что на малых токах (менее 10 мА) погрешность датчика 3Е SLD1-10mA на порядок меньше, чем у датчика ЬЕМ CTSR-0.3P. Приведенные погрешности датчиков сопоставимы и составляют менее 0,5 %.
ЛI тЛ
о.
0 05" 1
10 0 1
"О.'ОЗ ■ -01-
1шА а)
л!.тА
ь-
100 50 I ' о :
-4-1
1,шА 6)
И
Рис. 2. Абсолютная погрешность датчиков тока а) 3Е SLD1-10mA б) ЬЕМ CTSR-0.3P
В ходе второго эксперимента были исследованы частотные характеристики датчиков, построены ЛАЧХ и ФЧХ, определена полоса пропускания, частотные характеристики приведены на рис. 3. Полоса пропускания датчика SLD составляет 3,1 Гц, LEM около 10 кГц.
Рис. 3. ЛАЧХ датчиков тока LEM и 3E SLD
Из результатов исследования видно, что датчик SLD обладает меньшим быстродействием, но и меньшей погрешностью измерений. Следовательно, датчик SLD больше подходит для применения в УКИЗ, а датчик LEM для УЗО. Исходя из малого количества серийно выпускаемых датчиков, можно сделать вывод о том, что целесообразна разработка датчика, обладающего как низкой погрешностью, так и высоким быстродействием.
Библиографические ссылки
1. Штабель Н. В., Самотик Л. А., Мизрах Е. А. Метод повышения точности контроля сопротивления изоляции при испытаниях системы электропитания космического аппарата // Сиб. журн. науки и технологий. 2017. Т. 18. № 3. С. 628-632.
2. LEM CTSR series leakage current sensor [Электронный ресурс]. URL: http://www.lem.com/ docs/products/ctsr%20series.pdf (дата обращения: 15.03.2018).
3. SLD1 leakage current sensor [Электронный ресурс]. URL: https://ldtn.ru/system/product/ 168/SLD1.pdf (дата обращения: 15.03.2018).
© Микрюкова М. А., Серебринникова К. М., Штабель Н. В., 2018
