CC BY
17УДК 621.01
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СЛОЯ ТОКОСЪЕМНЫХ КОЛЕЦ КОЛЬЦЕВОГО ТОКОСЪЕМНОГО УСТРОЙСТВА
А. А. Гришин*, А. Г. Струговец*
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 E-mail: *[email protected]; **[email protected]
Рассматривается процесс транзита электрической энергии через кольцевое токосъемное устройство космического аппарата. Представлена схема прохождения тока через слой токосъемных колец. Приведена схема замещения слоя токосъемных колец и показан способ её решения.
Ключевые слова: кольцевое токосъемное устройство, переходное сопротивление, схема замещения.
DETERMINING FULL RESISTANCE OF A SLIP RING LAYER IN A CURRENT COLLECTION DEVICE
A. A. Grishin*, A. G. Strugovets**
JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: *[email protected]; **[email protected]
The article describes the process of electrical energy transit through a slip ring device of the spacecraft. A scheme showing current flow through a layer of current rings is presented. This paper covers a slip ring layer substitution circuit as well as the above circuit design approach.
Keywords: current collection device, contact resistance, equivalent circuit.
Система электропитания (СЭП) космического аппарата (КА) обеспечивает автономное непрерывное энергопитание КА в условиях значительной неравномерности электрической нагрузки и различной освещенности солнечных батарей (СБ) в течение витка и времени суток [1-3]. Эффективная, надежная, высококачественная передача электрической мощности всегда была целью в проектировании токосъемных устройств с момента создания первого искусственного спутника Земли [4].
Конструкция кольцевого токосъемного устройства (КТУ) включает в себя подвижные внутренние и неподвижные наружные токосъемные кольца (ТК), с расположенными между ними упругими контактными кольцами, катающимися подобно шарикам подшипника, и обеспечивает электрическую связь между непрерывно вращающимися на 360° солнеч-
ными батареями и внутренними системами КА [5], рис. 1, а).
Электрический ток поступает к внутреннему ТК через две токопроводящие шины, далее - к наружному ТК через катящиеся контактные кольца и по проводам, припаянным к выходной клемме наружного ТК, в СЭП КА, рис. 1, б). Для изучения процессов, протекающих в слое ТК при прохождении электрического тока, а именно падение напряжения и тепловыделения на токопроводниках, составлена схема замещения и соединения его элементов, рис. 2.
Все токоведущие части слоя ТК представлены в виде идеальных элементов - резисторов и их соединений. Предположим, что контактные кольца равномерно распределены по поверхностям внутреннего и наружного ТК и условно делят их на 10 равных секторов.
а б
Рис. 1. Слой ТК КТУ (а); схема прохождения тока через слой ТК (б)
Технология и мехатроника в машиностроении
^ — __ — Наружное ТК _ — _ ^ _ _ Внутреннее ТК _______ Kohtîlfohoc кольио
Рис. 2. Схема замещения слоя ТК
Таким образом, внутреннее и наружное токосъем-ные кольца можно представить как последовательно соединение десяти резисторов с номинальным сопротивлением равным десятой части полного сопротивления соответствующего кольца: Янар - наружного, Квнут - внутреннего. Аналитическим решением данной схемы является система уравнений:
I • Я,ар /10 + (I, - I2)-^онт +
+ (I, -1,,) • Явнут/10+(I, -1,,) • RU = о,
12 • Я,ар /Ю + (I2 - h> Яконт + + (I2 - In) • Явнут /,0 + (I2 - I,) • Яконт = 0,
13 • Янар /,0 + (I3 - I4 ) • Яконт + (I3 - I,2 - I,3> Явнут /20 +
+ (I3 - I,,) • Явнут/20 + (I3 - I2) • Яконт = а
14 • Янар /,0 + (I4 - Яконт + (I4 - 1,2 - I!3)" Явнут "0 + + (I4 - I3) • Яконт = 0,
15 • Я„ар /Ю + (I5 - I6 - It3)- Яконт + (I5 - I,2 - I,3> Явнут /Ю + + (I5 - I4) • Яконт = 0,
16 • Ятр/Ю + (I6 -/,)• Як0НТ + (/б -/„)• Явнут/Ю + + (I6 +1,3 - I5) • Яконт = 0,
17 • Янар /Ю + (I7 - I,) Як0нт + (17 - ^ Явнут/Ю + + (I7 - I6) • Яконт = 0,
I, • Янар /Ю+ (I, - I9) Яконт + (I, - I,,) Явнут /20 + + (I, - I,2) • Явнут/20 + (I, - I7) • Яконт = 0, I9 • Янар /Ю + (I, - I,0)" Яконт + (I9 - I,,) Явнут /Ю + + (I, -1,) • Яконт = 0,
I,0 • Янар /Ю + (I,0 - А) Яконт + (I,0 - I,,) Явнут /Ю + + (I,0 - I,) • Яконт = 0,
(I,2 +1,3 - 13) • Явнут/20 + (I,2 +1,3 - 14) • Явнут/Ю +
+ (I,2 +1,3 - 15) • Явнут/Ю + (I,2 - I б) • Явнут /Ю + + (I,2 - I7) • Явнут /Ю + (I,2 - I,) • Явнут/20 + + (I,2 - I,,) • Яш„н + (I,, +1,3 - In) • Яш„н = 0, (I,3 +1,3 - In) • Яш„н + (I,3 +1,2 - I3) • Явнут /20 + + (I,3 +1,2 - I4) • Явнут /Ю + (I,3 +1,2 -15) • Явнут /Ю + + (I,3 +16 - 15) • Яконт = ^
Представленная схема замещения может быть использована для построения модели изменения падения напряжения и тепловыделения на слое ТК в зависимости от параметров контактирования ТК на стадии проектирования и изготовления КТУ.
Такая модель позволит прогнозировать изменение падения напряжения и тепловыделения на кольцах КТУ новых конструктивных решений (при изменении геометрии и количества тел качения), и оценивать их максимальные величины, ресурс КТУ с меньшими экономическими затратами.
Библиографические ссылки
1. Тестоедов Н. А. Космические вехи : сб. науч. тр. Красноярск : ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», 2009. 704 с.
2. Чеботарев В. Е., Косенко В. Е. Основы проектирования космических аппаратов информационного обеспечения : учеб. пособие / Сиб. гос. арокосмич. ун-т. Красноярск, 2011. 488 с.
3. Графодатский О. С., Исляев Ш. Н. Взаимодействие спутников связи с окружающей средой. Томск : РАСКО, 1993. 208 с
4. Santoro C., Hayes R., Herman J. Brushless slipring for high power transmission // 13th European Space Mechanisms and Tribology Symposium - ESMATS 2009. Vienna, Austria 23-25 September 2009.
5. Гришин А. А., Смирнов Н. А., Харитонов А. И. Анализ конструкции кольцевых токосъемных устройств // Вестник СибГАУ. 2014. № 5. С. 146-153.
References
1. Testoedov N. A. Kosmicheskie vekhi [Cosmic milestones]. Krasnoyarsk, The Joint-stock Company Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», 2009, 704 p.
2. Chebotarev V. E., Kosenko V. E. Osnovy proekti-rovaniya kosmicheskih apparatov informacionnogo obe-specheniya [Fundamentals of spacecraft design informa-
tion support] / Sib. gos. arokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2011. 488 p.
3. Grafodatskij O. S., Islyaev SH. N. Vzaimodejstvie sputnikov svyazi s okruzhayushchej sredoj [The interaction of satellites with the environment]. Tomsk : RASKO, 1993. 208 p.
4. Grishin A. A., Smirnov N. A., Kharitonov A. I. [The analysis of the structure of ring current collection
devices] // Vestnik SibSAU. 2014. № 4. P. 146-153 (In Russ.).
5. Santoro C., Hayes R., Herman J. Brushless slipring for high power transmission // 13th European Space Mechanisms and Tribology Symposium - ESMATS 2009. Vienna, Austria 23-25. September 2009.
© Гришин А. А., Струговец А. Г., 2017
