Нагрузочное устройство рекуперативного типа, с улучшенными свойствами, для испытаний энергосистем космических аппаратов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.3.34

НАГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО РЕКУПЕРАТИВНОГО ТИПА, С УЛУЧШЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ, ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЭНЕРГОСИСТЕМ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ*

Д. К. Лобанов, Е. А. Копылов, А. С. Федченко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: slhmmr@gmail.com

Рассматривается структура нагрузочного устройства рекуперативного типа для испытаний энергосистем космических аппаратов, приведены результаты имитационного моделирования.

Ключевые слова: нагрузочное устройство, системы электропитания, импульсный преобразователь, математическое моделирование.

POWER RECOVERY TYPE ELECTRONIC LOAD WITH IMPROVED PROPERTIES FOR SPACECRAFT POWER SUPPLY SYSTEM TESTING

D. K. Lobanov, E. A. Kopylov, A. S. Fedchenko

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: slhmmr@gmail.com

Structure of power recovery type electronic load for spacecraft power supply system testing is considered, results of simulation is presented.

Keywords: electronic load, power supply systems, switched-mode converter, mathematical modeling.

Имитационно-натурные комплексы (ИНК) предназначены для наземных испытаний энергосистем космических аппаратов. В состав ИНК входят имитатор солнечной батареи, испытываемый источник вторичного электропитания, имитатор аккумуляторной батареи, стабилизирующий выпрямитель, нагрузочное устройство. В случае необходимости обеспечения энергосбережения, в ИНК используются нагрузочные устройства рекуперативного типа (НУРТ), которые могут быть выполнены с использованием непрерывного или импульсного регулирующих элементов [1].

Исследование НУРТ с импульсным регулирующим элементом (РЭ) [2] позволило выявить ряд недостатков этого типа регулирующих элементов, среди которых: невозможность обеспечения требуемой динамики входного тока НУРТ при имитации ступенчатых воздействий и сложность обеспечения нужной полосы воспроизведения гармонических помех. Эти недостатки могут быть компенсированы путём одновременного использования импульсного и непрерывного РЭ, входящих в состав импульсного и непрерывного стабилизаторов тока соответственно (ИСТ и НСТ), включенных последовательно.

С помощью имитационной модели (рис. 1), разработанной в среде MicroCAP, были проведены вычислительные эксперименты, в ходе которых получены энергетические и динамические характеристики НУРТ.

Имитационная модель состоит из нескольких функциональных блоков: первичного источника электроэнергии (ПИЭ), питающего вторичный источник питания (ВИП), НСТ и ИСТ, являющиеся нагрузкой для ВИП, и блоки управления ВИП, НСТ и ИСТ. НУРТ содержит включенные последовательно НСТ и ИСТ, причем НСТ стабилизирует входной ток НУРТ, ИСТ стабилизирует ток, протекающий через НСТ, что ограничивает мощность, выделяемую на транзисторах НСТ. Выход ИСТ подключен параллельно через развязывающие диоды к выходу ПИЭ, что позволяет рекуперировать

Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (Соглашение № 14.577.21.0082).

Секция «Автоматика и электроника»

электроэнергию в сеть постоянного тока электропитания комплекса. Такая структура позволяет объединить преимущества устройств, работающих в непрерывном режиме - высокое быстродействие, и в импульсном режиме - высокий КПД

--

** 0.1 Сз 1и

Щ

Рис. 1. Имитационная модель НУРТ в пакете Мюго-САР

80 г 70 60 50 40 30 20 10

—1—1— Крек, %

грт, Вт -

Рну

;оо

1000

I 500

2000

Рис. 2. Зависимость коэффициента рекуперации от входной мощности НУРТ

Об эффективности НУРТ можно судить по коэффициенту рекуперации - отношению рекуперируемой мощности к мощности, потребляемой НУРТ. Из рис. 2, полученного в результате моделирования, видно, что с ростом мощности, потребляемой НУРТ с каскадным включением НСТ и ИСТ, коэффициент рекуперации растет. Этот рост обусловлен увеличением рекуперируемой мощности по отношению к мощности, потребляемой НСТ, которая практически постоянна.

В работе [3] был исследован НУРТ с каскадным включением НСТ и ИСТ понижающего типа. При включении его входной ток превышал 20 А, что ставило необходимостью использование входных конденсаторов, рассчитанных на работу при соответствующих токах. Эта проблема решена путём замены топологии ИСТ с понижающей схемы на повышающую ввиду наличия в этой схеме

входного дросселя (рис. 3), что также снижает требования по рабочему току для ключевых элементов.

ОИОсп 1.2Р0т 1 30От 2.4Р0ПГ. 3.305т

Рис. 3. Переходные процессы входного тока НУРТ и тока НСТ при включении

Созданная модель позволяет уменьшить время на проектирование НУРТ и может быть использована для анализа динамических и энергетических характеристик НУРТ.

Библиографические ссылки

1. Многофункциональный энергосберегающий имитационный нагрузочный комплекс для систем электропитания космических аппаратов / А. Г. Юдинцев, В. М. Рулевский, Ю. А. Шиняков и др. // Доклады ТУСУРа. 2011. № 2(24). С. 275-281.

2. Мизрах Е. А., Лобанов Д. К. Энергосберегающее нагрузочное устройство для испытаний систем электропитания постоянного тока // Вестник СибГАУ. Красноярск, 2010. Вып. 6(32). С. 56.

3. Лобанов Д. К., Мизрах Е. А. Экспериментальное исследование опытного образца нагрузочного устройства рекуперационного типа // Вестник СибГАУ. Красноярск, 2012. Вып. 4(44). С. 34.

© Лобанов Д. К., Копылов Е. А., Федченко А. С., 2015