DE2528512C3 - Stromversorgungseinrichtung für einen Satelliten - Google Patents
Stromversorgungseinrichtung für einen SatellitenInfo
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- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
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- G05F1/10—Regulating voltage or current
- G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
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Description
den kann.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei dem aus drei Generatormodulen
bestehenden Solargenerator das erste Generatormodul eine Leerlaufspannung aufweist die etwa der Differenz
zwischen der Leerlaufspannung des Solargenerators im Neu-Zustand zu Beginn der Mission des Erdsatelliten
und der Spannung im Punkt maximaler Leistung des degradierten Solargenerators am Ende der Mission des
Erdsatelliten entspricht daß dieses erste Generatormodul durch einen ersten Shuntregler zur Ausregelung des
durch die Degradation des Solargenerators bedingten Spannungsabfalles überbrückt ist daß das zweite
Generatormodul durch einen zweiten Shuntregler überbrückt ist der in Verbindung mit dem ersten
Shuntregler zum Abbau von auftretenden Spannungsspitzen am Ausgang des Solargenerators, etwa unmittelbar
nach Austritt des Erdsatelliten aus der Schattenphase, dient und daß schließlich das dritte leneratormodul
ungeregelt und so bemessen ist, daß dessen maximale Leerlaufspannung im Neu-Zustand bei der
tiefsten auftretenden Generaturtemperatur etwa gleich
der Spannung des degradierten Solargenerators im Punkt maximaler Leistung ist
Bei der Erfindung wird demnach die Erkenntnis ausgenutzt daß bei einer geeigneten Auslegung des
gesamten Solargenerators in drei Generatormodule die während des normalen Betriebes auftretende Verlustleistung
sehr klein gehalten werden kann und auch Spannungsspitzen des Solargenerators verlustarm abgebaut
werden können. Zudem erhöht die betont konservative Auslegung der Einrichtung zur Spannungsregelung
die Sicherheit in bezug auf die Spannungsdegradation weit mehr als sie die verfügbare
Leistung schmälert Insbesondere greift die Regelung durch die Aufteilung des Solargenerators in drei
Generatormodule nicht mehr in den Gesamtgenerator, sondern nur noch jeweils auf einen Generatorteil ein, so
daß auch die auftretende Verlustleistung wesentlich niedriger gehalten werden kann.
Als vorteilhaft für einen Solargenerator eines Erdsatelliten in Synchronmission erweist es sich, wenn
das erste Generatormodul etwa 25%, das zweite Generatormodul etwa 40% und das dritte Generatormodul
etwa 35% der Ausgangsspannung des gesamten Solargenerators abgibt. Mit einer derart optimierten
Aufteilung des Solargenerators in drei Generatormodule ergibt sich das Verlustleistungsmaximum im thermischen
Gleichgewicht bei Leerlaufspannung am Missionsende und beläuft sich auf etwa 11 % der
Nominalleistung, so daß die Regelung eines Solargenerators mit 1,5 kW Leistung auf die Regelung eines
Generators mit ca. 120W Nennleistung reduziert ist. Zudem bleibt auch durch die angegebene Regelung der
Spannung des Solargenerators der Charakter einer rein statischen linearen Regelung eines konventionellen
Shuntreglers voll erhalten; auch in dieser Hinsicht weist eine Regelung gemäß der Erfindung etwa in bezug auf
elektromagnetische Verträglichkeit optimales Verhalten auf.
In einem konventionellen Shuntregler, der den gesamten Solargenerator überbrückt, tritt zu Beginn
der Mission des Erdsatelliten im Leerlauf und bei einem im thermischen Gleichgewicht befindlichen Solargenerator
eine Verlustleistung von etwa 140% der Nominalleistung auf. Bei einem optimal gemäß der
Erfindung ausgelegten Dual-Pariial-Shuntregler ergibt
sich das Verlustleistungsmaximum im thermischen
Gleichgewicht bei Leerlauf am Missionsende und beläuft sich auf etwa 11% der Nominalleistung, d.h.
insgesamt wird die Problematik der Regelung eines Generators mit 1,5 kW Leistung auf die eines Generators
mit 170W Nennleistung am Ende etwa einer siebenjährigen Synchronmission eines Erdsatelliten
reduziert Ferner bleibt durch die Dualregelung der Charakter einer rein statischen linearen R.egelung eines
konventionellen Shuntreglers voll erhalten. Aus diesem Grund weist eine derartige Regelung auch in bezug auf
elektromagnetische Verträglichkeit optimales Verhalten auf.
Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert
Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 einen Stromlaufdiagramm einer einen Solargenerator
aufweisenden Stromversorgungseinrichtung für einen Satelliten gemäß der Erfindung, wobei der
Solargenerator in drei Generatormodule unterteilt ist von denen zwei jeweils eines Shuntreglers beeinflußt
werden können;
F i g. 2 ein Diagramm für die Verluste des ersten, die Degradation des Solargenerators ausregelnden Shuntreglers;
Fig.3 ein Diagramm für die Verluste des die
Spannungsspitzen des Solargenerators am Austritt eines Erdsatelliten aus der Schattenphase ausregelnden
zweiten Shuntreglers.
Ein Solargenerator G zur Versorgung eines Satelliten ist in drei Generatormodule Gi, Gi und d (vgl. F i g. 1)
aufgeteilt, wobei das Generatormodul G\ etwa 25%, das Generatormodul Gi etwa 40% und das Generatormodul
Gi etwa 35% der gesamten Ausgangsspannung U
abgeben. Dem Generatormodul Gi ist parallel ein Shuntregler SR\ geschaltet der die zu Beginn der
Mission des den Solargenerator tragenden Erdsatelliten vorhandene Überschußleistung ausregelt, die im Laufe
der Missionsdauer durch die Degradation der Solarzellen des Generators geringer wird. Der Shuntregler SR\
ist ein vierstufiger Parallel-Regler mit vier hintereinander geschalteten Transistoren Ti, Ti, Γ3 und T, mit
zugehörigen Widerständen i?i bis Ä5, wobei die
Regelspannung über eine Zenerdiode Z eingestellt ist.
Für das zweite Generatormodul Gi ist ein zweiter
Shuntregler SRi vorgesehen, der mit den übrigen Transistoren Γι bis Ti des Shuntreglers SR\ so
zusammengeschaltet ist, daß dieser Shuntregler SR\ als Überspannungsregler fünfstufig und praktisch als
Kleinsignalteil für den Shuntregler SRi arbeitet. Dieser zweite Regler ist daher sehr einfach aufgebaut und
besteht aus einem Leistungstransistor Ts, einer Leistungsdiode
D und einem Basiswiderstand Rt. Für die
beiden Regler ist eine Hilfsspannung Un vorgesehen, die
aus einem vom Hauptsolargenerator galvanisch getrennten, hier nicht gezeigten Hilfsgenerator mit Hilfe
eines Hilfsspannungsreglers gewonnen wird. Der Shuntregler SRi dient dazu, die kurzzeitigen Spannungsspitzen
des Solargenerators beim Austritt des Erdsatelliten aus der Schattenphase auszuregeln.
Durch die angegebene Schaltung der beiden Shuntregler ergibt sich insbesondere für die Ausregelung der
Spannungsspitzen ein sehr hoher Regelfaktor und ein niedriger Innenwiderstand der stabilisierten Spannung.
Außerdem sind nur wenige Bauteile verwendet, so daß die Sicherheit der Schaltung sehr groß isi.
Im eingeschwungenen Zustand des Solargenerators wird die Ausgangsspannung im allgemeinen nur durch
den Shuntregler SR\ ausgeregelt. In der F i g. 2 ist die
Verlustleistung, die in dem Shuntregler SRi in Wärme
umgesetzt wird, über die Dauer der Missionszeit des Satelliten in Prozenten der Nominalleistung Pg aufgezeigt;
mil BOL (Begin of life) ist der Beginn, mit EOL (End of life) das Ende der Mission bezeichnet. Hierbei
zeigt sich, daß in dem Shuntregler SRi, der die Einflüsse der Degradation der Sonnenzellen des Solargenerators
kompensiert, am Missionsende bei Leerlauf die Verlustleistung 11% der Nominallast nicht überschreitet.
Wird etwa ein Solargenerator von 1,2 kY>
ausgeregelt, so muß der Sliuiitregler SRi so ausgeleg
werden, daß er etwa 130 W Verlustleistung standhält Wird andererseits die Nominalleistung entnommen, se
zeigt sich, daß maximal 4% der Nominalleistung al! Verlustleistung aufgebracht werden müssen, so daß be
einem Solargenerator mit 1,2 kW dieses etwa 45 bi> 50 W Wärmeleistung entspricht.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Stromversorgungseinrichtung für einen Satelliten,
bestehend aus einem regelbaren Generator mit strombegrenzter Kennlinie insbes. einen Solargenerator,
der in mehrere hintereinander geschaltete Generatormodule unterteilt ist, wobei die Ausgangsspannung
des Solargenerators der Summe der Einzelspannungen an den Generatormodulen entspricht,
und bei dem mindestens ein Teil der Generatormodule mit einem Nebenschli'ßverlustregler
(Shunt-Regler) zum Konstanthalten der Ausgangsspannung des Solargenerators überbrückt
ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem aus drei Generatormodulen (G\, Gi, G?) bestehenden
Solargeuerator das erste Generatormodui (G\)
eine Leerlaufspannung aufweist, die etwa der Differenz zwischen der Leerlaufspannung des
Solargenerators im Neu-Zustand zu Beginn der Mission (BOL) des Erdsatelliten und der Spannung
im Punkt maximaler Leistung (MPP) des degradierten Solargenerators am Ende der Mission (EOL) des
Erdsatelliten entspricht, daß dieses erste Generatormodul (Gi) durch einen ersten Shuntregler (SR\) zur
Ausregelung des durch die Degradation des Solargenerators bedingten Spannungsabfalles überbrückt
ist, daß das zweite Generatormodul (G2) durch einen zweiten Shuntregler (Sfc) überbrückt
ist, der in Verbindung mit dem ersten Shuntregler zum Abbau von auftretenden Spannungsspitzen am
Ausgang des Solargenerators, etwa unmittelbar nach Austritt des Erdsatelliten aus der Schattenphase,
dient, und daß schließlich das dritte Generatormodul (Gi) ungeregelt und so bemessen ist, daß
dessen maximale Leerlaufspannung im Neu-Zustand bei der tiefsten auftretenden Generatortemperatur
etwa gleich der Spannung des degradierten Solargenerators im Punkt maximaler Leistung ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Erdsatelliten in Synchronmission
das erste Generatormodul (Gi) etwa 25%, das
zweite Generatormodul etwa 40% und das dritte Generatormodul etwa 35% der Ausgangsspannung
des gesamten Solargenerators abgibt.
3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste
Shuntregler (SR\) als mehrstufiger Regler ausgebildet ist, dem der zweite Shuntregler (SR2) als
Leistungsstufe nachgeschaltet ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungseinrichtung
für einen Satelliten, bestehend aus einem regelbaren Generator, mit strombegrenzter
Kennlinie insbes. einen Solargenerator, der in mehrere hintereinander geschaltete Generatormodule unterteilt
ist, wobei die Ausgangsspannung des Solargenerators der Summe der Einzelspannungen an den Generatormodulen
entspricht, und bei dem mindestens ein Teil der Generatormodule mit einem Nebenschlußverlustregler
(Shunt-Regler) zum Konstanthalten der Ausgangsspannung des Solargenerators überbrückt ist.
Aus der US-PS 34 87 229, vgl. die F i g. 2 mit entsprechender Beschreibung, ist ein Solargeneratnr
bekannt, der aus drei hintereinander geschalteten
Generatormodulen zusammengesetzt ist Jedes der Generatormodule ist mit einem Schalter überbrückt,
wobei diese Schalter in Abhängigkeit der Ausgangsspannung des gesamten Solargenerators geöffnet oder
geschlossen werden, so daß im ersten Fall die Spannung des jeweiligen Generatormoduls zu der Spannung des
gesamten Solargenerators beiträgt, während im zweiten Fall das jeweilige Generatormodui kurzgeschlossen ist
Der Solargenerator wird demnach digital geregelt Auch wenn derartige digitale Schaltregler einen hohen,
von den Leistungsdaten des Solargenerators nahezu unabhängigen Wirkungsgrad von 90% bis 94%
aufweisen, muß bedacht werden, daß eine Nebenschlußverlustregelung
bei optimaler Auslegung am Ende der Missionszeit des Erdsatelliten, wo die Solargeneratorleistung
durch die bisherige Degradation am geringsten ist, einen Wirkungsgrad von über 99% aufweist, da die
Verluste in dem Regelkreis für die Nebenschlußverlustregelung im allgemeinen unter einem Prozent gehalten
werden können.
Des weiteren muß bei dem in der genannten Patentschrift beschriebenen digitalen Regler bedacht
werden, daß eine derartige Regelung für Solargeneratoren sehr hoher Leistung etwa im Kilowattbereich eine
hohe Anzahl derartiger Generatormodule aufweisen muß, wenn eine Ausgangsregelung auf konstante
Spannung mit nur geringen Schwankungen erreicht werden soll. Lediglich mit drei Generatormodulen kann
ein Solargenerator hoher Leistung nicht mit der gewünschten Konstanz geregelt werden. Werden
jedoch mehrere Generatormodule benötigt, so steigt damit auch der Schaltungsaufwand, wodurch durch die
erhöhte Anzahl von Schaltelementen ebenso die Zuverlässigkeit der gesamten Stromversorgungseinrichtung
sinkt.
Aus der US-PS 36 00 599 ist ferner ein Solargenerator bekannt, der in zwei Generatormodule unterteilt ist,
wobei ein Generatormodul mit einem Nebenschlußverlustregier überbrückt und das andere Generatormodul
ungeregelt ist. Das geregelte Generatormodul muß dabei so ausgelegt sein, daß sämtliche Spannungsschwankungen in der Stromversorgungseinrichtung
während der Mission des Satelliten ausgeregelt werden können. Änderungen in der Ausgangsspannung des
Solargenerators rühren einmal von der Degradation der Solarzellen während der Missionsdauer des Satelliten
und zum anderen insbesondere von Temperaturschwankungen des Solargenerators her. So treten z. B. starke
Spannungsspitzen auf, wenn der Erdsatellit aus dem Erdschatten austritt und daher der Solargenerator noch
eine sehr tiefe Temperatur aufweist. Wenn diese Spannungsspitzen ausgeregelt werden sollen, muß das
geregelte Generatormodul etwa 60 — 65% des gesamten Solargenerators umfassen. Um jedoch bei einem
Solargenerator hoher Leistung einen derartigen Anteil mit einer Nebenschlußverlustregelung auszuregeln,
müssen große Verlustleistungen in Wärme umgesetzt werden. Hierbei kann die Verlustwärme insbesondere
zu Beginn der Mission des Erdsatelliten so groß werden, daß der Thermalhaushalt des Satelliten sehr stark
belastet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungseinrichtung für einen Erdsatelliten
anzugeben, mit der auch die Spannung von Solargeneratoren hoher Leistung unter Ausnutzung des im Hinblick
auf das Missionsende des Erdsatelliten günstigen Nebenschlußverlustregelungsprinzips ausgeregeh wer-
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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ID=5950018
Family Applications (1)
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- 1975-06-26 DE DE19752528512 patent/DE2528512C3/de not_active Expired
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Also Published As
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