CC BY
2
УДК 337.523.3
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИМИТАТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА С РЕГУЛИРУЕМЫМИ ДИНАМИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ
В.И. Афанасьев*, А.Н. Служаева Научный руководитель - Е. А. Мизрах
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, Красноярск, пр. имени газеты «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: elegance.19990613@mail.ru
В данной работе рассматривается структура и электрическая схема имитатора электрических характеристик системы электропитания космического аппарата с регулируемыми динамическими свойствами.
Ключевые слова: система электропитания, космический аппарат, имитатор, структурная схема, стабилизатор напряжения, выходной импеданс.
DEVELOPMENT AND STUDY OF A SIMULATOR OF ELECTRICAL CHARACTERISTICS OF THE POWER SUPPLY SYSTEM OF A SPACECRAFT WITH ADJUSTABLE DYNAMIC PROPERTIES
V. I. Afanasev*, A.N. Sluzhaeva Scientific Supervisor - E. A. Mizrah
Reshetnev Siberian State University of science and technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: elegance.19990613@mail.ru
In this paper, the structure and electrical circuit of the simulator of the electrical characteristics of the spacecraft power supply system with adjustable dynamic properties are considered.
Keywords: power supply system, spacecraft, simulator, block diagram, voltage stabilizer, output impedance.
В технологическом процессе электрических испытаний проводится проверка электротехнических систем космического аппарата (ЭТС КА) на работоспособность и устойчивость к воздействию по шинам питания электромагнитных помех допустимой амплитуды (ГОСТ Р51 317.4.11-2007). Бортовая система электропитания (СЭП) в этом случае не соответствует условиям испытаний по следующим причинам:
— для имитации ухудшения качества напряжения питания, вследствие аварийных режимов и постепенной деградации электротехнического оборудования бортовой СЭП, требуется варьировать в широком диапазоне значений напряжение на входах потребителей (ЭТС);
— ЭТС КА отличаются по мощности и токам электропотребления, что требует соответствующих источников электропитания и измерительных средств;
— СЭП КА не может воспроизводить на шинах питания тестовые помехи с требуемыми параметрами, что не позволяет имитировать помеховую обстановку и проверять, согласно ГОСТ Р51 317.4.11-2007, на помехоустойчивость ЭТС КА, например, ретрансляторы;
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1
— бортовую СЭП КА нежелательно использовать при электрических испытаниях ЭТС КА из-за сокращения ресурса СЭП, возможности возникновения нештатных и аварийных ситуаций, отказов испытываемого оборудования, что требует применения дополнительных защитных устройств.
Для проведения электрических испытаний ЭТС КА применяют автоматизированные испытательные комплексы, основу которых составляют специализированные источники электропитания - имитаторы электрических характеристик СЭП (ИСЭП). Современные ИСЭП [1] обладают следующим недостатком: имеют фиксированные импедансные частотные характеристики, что не позволяет имитировать динамические свойства различных СЭП.
Имитатор электрических характеристик СЭП в общем случае предназначен для решения следующих задач: питание бортовой аппаратуры номинальным напряжением; имитация выходного импеданса СЭП; имитация помеховой обстановки на выходной шине питания; защита бортовой аппаратуры по току и напряжению; прием и исполнение команд управления; формирование и выдача обменных сигналов; выдача аналоговой информации [2].
Основу ИСЭП составляет управляемый стабилизатор напряжения непрерывного (НСН) принципа действия. Стабилизатор напряжения представляет собой замкнутую систему с отрицательной обратной связью по напряжению. В системах электропитания стабилизаторы напряжения используют также для ослабления пульсаций выходного напряжения первичного источника питания. Структурная схема НСН приведена на рисунке 1.
ион Uaa УС
Рис. 1. Функциональная схема НСН ИОН - источник опорного напряжения; УС - усилитель-сумматор; УН - Усилитель напряжения; РЭ - регулирующий элемент; ДН - делитель напряжения.
Структурная схема НСН состоит из источника опорного напряжения (ИОН), усилителя-сумматора (УС), усилителя напряжения (УН), регулирующего элемента (РЭ) и делителя выходного напряжения (ДН). Сравнивая напряжения ИОН и ДН, усилитель-сумматор вырабатывает сигнал ошибки, который поступает в усилитель напряжения, а затем в РЭ, к которому подключается нагрузка - ЭТС.
РЭ выполняется на транзисторе или блоке транзисторов с токовыравнивающими резисторами. УС выполняется на операционном усилителе, включенном по дифференциальной схеме. УН представляет собой каскад на полевом транзисторе. Упрощенная электрическая схема компенсационного стабилизатора напряжения непрерывного действия (НСН) модуля ИСЭП представлена на рис. 2.
В РЭ для обеспечения рассеиваемой мощности применяется параллельное включение транзисторов. Так же используются токовыравнивающие резисторы, необходимые для равномерного распределения нагрузки на транзисторы. НСН (рис.2) обладает фиксированными частотными характеристики, что не позволяют имитировать динамические свойства различных СЭП КА. В разработанном ИСЭП регулирование частотных характеристик (полосы пропускания и выходного импеданса) предлагается производить за счёт усилителя-сумматора [3].
Т Т
идоп ♦ и пит |
9
УС УН
Рис. 2. Упрощенная электрическая схема НСН На рис. 3 показана электрическая схема НСН модуля ИСЭП.
Изменением сопротивлений резисторов Я2, Я4 и Я5 осуществляется регулирование частотных характеристик НСН.
Библиографические ссылки
1. Автоматизированная система имитации электрических характеристик систем электропитания космических аппаратов / Е.А. Мизрах, Д.Н. Пойманов, Р.В. Балакирев и др. // Сибирский журнал науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева. Красноярск, 2016, Вып№3 (17), С.702-709.
2. Е.А. Мизрах Имитатор характеристик выходного напряжения СЭП ИСЭП 100/3.0 Руководство по эксплуатации СГАУ.565211.013 РЭ : СибГАУ, 2013. 42 с.
3. Солодилов И. Регулирование выходного импеданса специализированного источника питания по цепи управления // Материалы XX Международной научной конференции бакалавров, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. Красноярск, 2021, С. 379-381.
© Афанасьев В.И, Служаева А. Н., 2022
