CC BY
29
УДК 621.314
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СТАТИЧЕСКИЙ ОБРАТИМЫЙ
В. В. Игнатенко*, О. В. Бубнов
Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники Российская Федерация, 634034, г. Томск, ул. Белинского, 53 Е-mail: ignatenko.vlas@gmail.com
Разработан энергосберегающий статический обратимый преобразователь (ПСО) который содержит три силовых канала, предназначенных для замены бортовых аккумуляторных батарей в системах электроснабжения (СЭС) космических аппаратов (КА) с номинальным напряжением 28 В и 120 В на этапах наземной отработки и подготовки СЭС в составе подготовленного КА к полёту, для всесторонней проверки надежности функционирования автоматики во всех режимах, обеспечения автоматизации проверок и существенного сокращения продолжительности испытаний. Кроме работы в режиме имитации аккумуляторной батареи каналы ПСО могут работать в режиме источник питания, постоянной или импульсной нагрузок.
Ключевые слова: наземные испытания, системы электропитания космического аппарата, имитирующие устройства, имитатор аккумуляторных батарей, имитатор нагрузки, двунаправленная передача энергии.
STATIC RECIPROCAL CONVERTER
V. V. Ignatenko*, O. V. Bubnov
Research Institute of Automation and Electromechanics of Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics 53, Belynskogo Str., Tomsk, 634034, Russian Federation *Е-mail: ignatenko.vlas@gmail.com
The energy-efficient static reciprocal converter (SRC) that contains three power channels has been developed for replacing on-board storage batteries in the spacecraft power conditioning unit (PCU) with a nominal voltage of 28 V and 120 V during the ground testing stages and preparation of PCU in the assembled spacecraft for flight. Besides, this device is used for a comprehensive check of the correct functioning of the automatics in all modes and a significant reduction in test duration. Besides the battery simulation mode, the SRC channels can operate in the power supply mode and constant or pulsed loads mode.
Keywords: ground testing, spacecraft power conditioning unit, simulating devices, storage batteries simulator, load simulator, bidirectional energy flow.
Система электропитания космического аппарата (СЭП КА) - это одна из самых важных систем, обеспечивающих надёжное функционирование КА на орбите. Подключение бортовых первичных источников энергии - солнечных (БС) и аккумуляторных батарей (АБ), полезных и служебных нагрузок при проведении наземных испытаний затруднено ввиду очевидных причин: отсутствие энергии солнечного потока, аналогичной энергии в космическом пространстве, невозможность задания необходимой точки на ВАХ БС и уровня заряда АБ, а также отсутствие возможности подключения всей нагрузки СЭП. Следовательно, для успешного проведения наземных испытаний требуются специализированные имитирующие устройства [1; 2].
С целью обеспечения необходимым оборудованием отечественных предприятий, занимающихся выпуском КА, в «НИИ АЭМ ТУСУР» (Томск, Россия) реализуется полный спектр
Секция «Автоматика и электроника»
имитирующих устройств: имитатор аккумуляторной батареи (ИАБ), имитатор солнечной батареи (ИБС), имитатор нагрузки (ИН), имитатор переменной частотно-регулируемой нагрузки (ИПЧН) и др. [3]. Следующим шагом в создании наземных испытательных устройств является создание универсального изделия совмещающего функции нескольких в одном устройстве. В контексте решения данной задачи разработан преобразователь статический обратимый (ПСО) (рис. 1).
Рис. 1. Структурная схема ПСО
ПСО, имитирующий АБ бесконечной емкостью с длительным временем разряда и заряда, предназначен для замены бортовых аккумуляторных батарей СЭП КА на этапе наземных испытаний СЭП и существенного сокращения продолжительности этих испытаний. ПСО содержит три независимых канала, каждый из которых может работать в различных режимах: режим имитатора аккумуляторных батарей (ИАБ), режиме имитации наземного источника напряжения (ИП), режиме электронной нагрузки (ЭН). Принцип действия канала ПСО основан на преобразовании электроэнергии переменного тока питающей сети в энергию постоянного тока, передаче ее в нагрузку, в режимах ИАБ РАЗРЯД и ИП, и преобразовании входного постоянного тока в энергию переменного тока и передаче ее в питающую сеть в режимах ИАБ ЗАРЯД, ЭН.
Рис. 2. Внешний вид стойки ПСО
В ПСО реализован непрерывный программно-аппаратный контроль и диагностика аварийных и нештатных состояний электронных узлов и блоков, коммутационной аппаратуры с отключением ПСО от изделия при срабатывании защиты.
В устройстве предусмотрены два типа защиты: канальная и общая. При срабатывании общих защит ПСО автоматически отключается, блокирует включение силовой части и подключение его к изделию. Срабатывание защиты приводит к появлению и фиксированию сигналов АВАРИЯ с детализацией причин появления аварий (превышение номинального тока и напряжения, защита отклонения от нормы питающей сети и т. д.). Срабатывание канальной защиты приводит лишь к отключению выхода аварийного канала, при этом работа остальных включенных каналов продолжается.
Встроенное программное обеспечение (ПО) стойки ПСО (рис. 2) обеспечивает:
- возможность вести обмен данными с внешней ПЭВМ согласно разработанному и согласованному протоколу обмена по интерфейсу связи Ethernet;
- контроль и диагностику неисправности ПСО;
- тестирование ПСО с целью оценки возможности его функционирования;
- задание уставок;
- конфигурация режимов;
- управление подключением изделия;
- пользовательский интерфейс, достаточный для реализации всех видов работ.
Таким образом, разработанный статический обратимый преобразователь, в режиме энерго-сбрежения, позволяет проводить всесторонние испытания СЭП КА и в целом КА:
- в режиме ИАБ с возможностью задания любых параметров АБ, соответствующих одному из многочисленных состояний реальной АБ (полностью разряжена, заряжена и т. д.);
- в режиме ИП обеспечивает регулирование выходного напряжения, регулируемое статическое ограничение выходного тока, возможность перенесения точек стабилизации выходного напряжения с выходных разъёмов внутри прибора на шины нагрузки;
- в режиме ИН обеспечивает формирование как постоянного регулируемого так и скачкообразного прерывистого тока нагрузки.
Библиографические ссылки
1. Системы спутников связи : учеб. пособие по курсу «Системы электроснабжения ЛА» / А. Б. Базилевский, А. Г. Козлов, М. В. Лукьяненко и др. Красноярск, 1989. 224 с.
2. Юдинцев А. Г., Проблемы проектирования автоматизированных испытательных комплексов систем электропитания космических аппаратов // Решетневские чтения : сб. материалов Междунар. науч. конф. Красноярск, 2013. Ч. 1. С. 336-337.
3. Юдинцев А. Г., Автоматизированный энергосберегающий иммитатор постоянного тока нагрузки // Решетневские чтения : сб. материалов Междунар. науч. конф. Красноярск, 2014. Ч. 1. С. 335-336.
© Игнатенко В. В., Бубнов О. В., 2018
