CC BY
61Cuстемы управления, космическая навигация и связь
Наличие СВ, питающего испытательный комплекс постоянным током, дает возможность рекуперировать энергию, потребленную НУРТ, после преобразования в эту сеть постоянного тока.
Топология испытательного комплекса с рекуперацией в сеть постоянного тока с последовательным включением в сеть:
СВ - стабилизирующий выпрямитель; СН - стабилизатор напряжения; ИПИЭП - имитатор первичного источника электропитания; ВИЭП - вторичный источник электропитания;
НУРТ - нагрузочное устройство рекуперационного типа
В топологии испытательного комплекса с рекуперацией энергии в сеть постоянного тока (см. рисунок) упрощается согласование параметров выходного напряжения НУРТ с параметрами сети постоянного тока, уменьшается мощность, потребляемая от СВ, а значит и мощность, потребляемая СВ от сети переменного тока, что имеет немаловажное значение при работе испытательного комплекса от устройства бес-
перебойного питания. Данная топология позволяет реализовать различные режимы испытаний, характеризуется относительно высоким коэффициентом полезного использования энергии. Подобный испытательный комплекс описан в [4].
Библиографические ссылки
1. Пат. 4042830 США, МПК H 02 J 4/00. Solid state programmable dynamic load simulator / Kellenbenz C. W., Goodman J. P., Randall C. № 635021 ; заявл. 25.11.75 ; опубл. 16.08.77.
2. Пат. 3624489 США, МПК G 05 F 1/58. Constant current variable load regulator / Betton A. L., Calif R. № 7829 ; заявл. 02.02.70 ; опубл. 30.11.71.
3. А. с. 1050068 СССР, МКЛ2 H 02 M 7/48. Имитатор активной нагрузки / В. Н. Мишин, В. Л. Кузьмин, Г. А. Ракитин, А. С. Бикулов, В. А. Худяков (СССР). № 3393131/24-07 ; заявл. 09.02.82 ; опубл. 23.10.83, Бюл. № 39.
4. Пат. 2187192 Российская Федерация, МПК7 H 02 M 3/07, H 02 M 3/10. Устройство для испытания энергосистем постоянного тока / Мизрах Е. А., Лон-шаков А. В. ; заявитель и патентообладатель Сиб. аэ-рокосмич. акад. № 99114746/09 ; заявл. 07.07.99; опубл. 20.05.01.
D. K. Lobanov, E. A. Mizrakh Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
POWER RECUPERATION LOAD TOPOLOGIES
Comparative analysis of possible power recuperation load topologies has been performed.
© Лобанов Д. К., Мизрах Е. А., 2011
УДК 621.31
Р. А. Мирзаев, И. В. Макаров Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА БЕСПИЛОТНОМ ЛЕТАТЕЛЬНОМ АППАРАТЕ
Рассматриваются аспекты проектирования систем электропитания для беспилотных летательных аппаратов. Поставлена и решена задача контроля состояния аккумуляторных батарей борта.
Одним из динамично развивающихся направлений техники является беспилотная авиация. При создании авиационной платформы актуальной проблемой является разработка системы электропитания. Задача системы электропитания - обеспечение питания бортовых систем с заданной мощностью с автоматическим переключением источников энергии (генератора и аккумуляторных батарей) при рабочем диапазоне температур от -30 до +50 °С.
В ходе анализа литературы по схемотехнике [1; 2] выявлены основные принципы построения устройств
электропитания и на их основе разработана бортовая система электропитания.
Функциональная схема бортовой системы электропитания, обеспечивающей автоматическое переключение источников энергии (аккумуляторных батарей и генератора), представлена на рис. 1. С генератора переменный ток подается на плату стабилизатора напряжения. В блоке стабилизатора напряжения происходит выпрямление напряжения генератора, сглаживание пульсаций и стабилизация выпрямленного напряжения. Исходными данными для проектирова-
Решетневские чтения
ния стабилизатора напряжения является частота вращения электрогенератора, средняя потребляемая мощность бортовых систем, требуемое напряжение на выходе стабилизатора. Средняя потребляемая мощность бортовых систем рассчитана как сумма мощностей аппаратуры беспилотного летательного аппарата с коэффициентом запаса 1,5. Выходное напряжение стабилизатора равно 27 В.
Рис. 1. Функциональная схема системы электропитания БПЛА: ДВС - двигатель внутреннего сгорания; АКБ - аккумуляторная батарея
Выпрямленное и стабилизированное напряжение с генератора через сборку диодов Шоттки подается к коммутатору питания и к схеме заряда батарей (рис. 2). В режиме полета напряжение на коммутатор питания поступает от генератора через стабилизатор напряжения. При снижении напряжения, вырабатываемого генератором, ниже напряжения аккумуляторов нагрузка питается от батарей.
При помощи широтно-импульсной модуляции (ШИМ) происходит автоматическое регулирование тока заряда аккумуляторной батареи. Микроконтроллер подает на управляющий вход драйвера верхнего плеча ШИМ-сигнал и, регулируя скважность, не допускает превышения предельного значения тока заряда батарей. Драйвер верхнего плеча Ж2101 по ШИМ-сигналу с микроконтроллера открывает транзисторный ключ. Затем напряжение сглаживается ЬС-фильтром. Протекающий ток измеряется датчиком и поступает на аккумуляторную батарею.
Помимо функции регулирования, микроконтроллер используется для мониторинга напряжения бата-
реи в целом и каждого отдельного аккумулятора в составе батареи. Связь устройства с автопилотом осуществляется при помощи дифференциального полудуплексного интерфейса Я8-485 с использованием байт-ориентированного протокола. Это позволяет контролировать в режиме реального времени состояние бортовой сети питания и аккумуляторных батарей.
Рис. 2. Функциональная схема контроллера батарей: VD - полупроводниковый диод; DC/DC - преобразователь постоянного тока; VT - полевой транзистор; MCU - микроконтроллер; CS - датчик тока
Контроллер двигателя внутреннего сгорания предназначен для коммутации стартера и системы зажигания, мониторинга вибрации и температуры двигателя, управления сервоприводами пусковой и дроссельной заслонок.
Коммутатор питания управляет электропитанием бортовых систем, предоставляя возможность отключения различных потребителей. При возникновении короткого замыкания встроенная защита преобразователей постоянного тока автоматически отключает нагрузку. Данная особенность повышает надежность системы.
Библиографические ссылки
1. Электропитание устройств связи : учебник для вузов / под ред. В. Е. Китаева. М. : Связь, 1975.
2. Электрооборудование летательных аппаратов : в 2 т. Т. 1. Системы электроснабжения летательных аппаратов / под ред. С. А. Грузкова. М. : МЭИ, 2005.
R. A. Mirzaev, I. V. Makarov Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk
THE DISTRIBUTION AND REGULATION OF ELECTRIC ENERGY FOR PILOTLESS AIRCRAFT
Aspects of design of power systems for unmanned aerial vehicles are considered. The task of monitoring battery parameters has been solved.
© Мирзаев Р. А., Макаров И. В., 2011
