RU185892U1

RU185892U1 - Электронный многофункциональный имитатор для испытаний систем электроснабжения космических аппаратов

Info

Publication number: RU185892U1
Application number: RU2018131646U
Authority: RU
Inventors: Олег Викторович Бубнов; Влас Владимирович Игнатенко; Елена Александровна Третьякова
Priority date: 2018-09-03
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2018-12-21

Abstract

Полезная модель относится к оборудованию для испытаний систем электроснабжения космических аппаратов, в частности, для имитации систем электроснабжения космических аппаратов на этапах наземной отработки и подготовки систем электроснабжения в составе собранного КА к полету. Технический результат - расширение функциональных возможностей имитатора путем обеспечения его работы в режиме имитации аккумуляторных батарей, в режиме имитации наземного источника напряжения, в режиме электронной нагрузки постоянного тока. Электронный многофункциональный имитатор для испытаний систем электроснабжения космических аппаратов содержит прямой и обратный каналы преобразования энергии, соединенные параллельно между питающей сетью переменного тока и испытываемой системой электроснабжения через выходной фильтр, и связанные с блоком управления. Прямой канал (или канал имитации разряда) включает последовательно соединенные входной выпрямитель и высокочастотный преобразователь энергии, выход которого связан с выходным фильтром, а вход - с блоком управления. Обратный канал (или канал имитации заряда) содержит последовательно соединенные повышающий преобразователь напряжения, первый фильтр, автономный инвертор, второй фильтр, трехфазный инвертор, ведомый сетью. Для достижения технического результата в состав высокочастотного преобразователя канала разряда введено первое логическое устройство, в состав повышающего преобразователя канала заряда введено второе логическое устройство, а в состав автономного инвертора канала разряда введено третье логическое устройство. Логические устройства связаны с блоком управления. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к оборудованию для испытаний систем электроснабжения космических аппаратов и предназначен для замены бортовых аккумуляторных батарей, источников питания, а также нагрузок в системах электроснабжения космических аппаратов на этапах наземной отработки и подготовки систем электроснабжения в составе собранного КА к полету.

Электрооборудование современных ракетно-космических систем содержит первичные и вторичные источники электрической энергии, накопители энергии, энергопреобразующее оборудование и потребители электроэнергии. Все эти подсистемы находятся в сложной динамической взаимосвязи друг с другом, являются источниками кондуктивных и наведенных электромагнитных помех, что существенно влияет на качество электроэнергии, помехоустойчивость и помехозащищенность бортовой сети. Обычный метод испытания наземных систем электроснабжения включает процессы заряда и разряда аккумуляторной батареи и определение отклика системы на эти процессы. Однако, поскольку процессы заряда/разряда являются относительно медленными процессами, такой подход для испытаний системы требует значительных затрат времени для его проведения, кроме того, использование реальных аккумуляторных батарей для проведения испытаний является слишком затратным. Поэтому в последние годы используют различные имитаторы для проведения таких испытаний, обеспечивающих снижение времени проведения испытаний, а также затрат, связанных с проведением таких испытаний.

Известны имитаторы батарей по патентам США 5428560 и 4499552, недостатком которых является низкий КПД использования электроэнергии, так как потребляемая мощность в режиме заряда рассеивается на сопротивлениях в виде тепловых потерь.

Известны имитаторы аккумуляторных батарей, в которых энергия при имитации заряда рекуперируется в сеть, повышая КПД имитатора. К ним относится имитатор химической батареи по авторскому свидетельству SU 1089593, включающий прямой и обратный каналы передачи энергии, соответствующие режимам разряда и заряда батареи, выходного фильтра, блока управления, включающего датчик тока и функциональный преобразователь, и элементы гальванической развязки. Прямой канал включает диодный выпрямитель, релейный транзисторный стабилизатор тока, и преобразователь постоянного напряжения в постоянное. Обратный канал содержит транзисторный инвертор, релейный транзисторный стабилизатор тока, и преобразователь постоянного напряжения в постоянное. Имитатор обеспечивает двухсторонний обмен энергией между сетью переменного напряжения и потребителем со стороны выхода, обеспечивая более высокий КПД использования электроэнергии.

Недостатки указанного имитатора заключаются в следующем:

- в указанной системе преобразователь энергии является статическим, т.е. ток непрерывно протекает через регулирующие транзисторы, делая низким КПД системы, транзисторы статического преобразователя необходимо устанавливать на радиаторы больших размеров с дополнительным воздушным охлаждением, увеличивая при этом массогабаритные показатели и стоимость устройства;

- тиристорные инверторы не обладают достаточной надежностью, отвечающей современным требованиям.

-недостаточные функциональные возможности имитатора, т.к. он обеспечивает только имитацию аккумуляторной батареи.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели по существенным признакам и техническому результату является имитатор аккумуляторной батареи для испытания систем электроснабжения космических аппаратов по полезной модели РФ №73102.

Указанный имитатор аккумуляторной батареи содержит прямой и обратный каналы преобразования энергии, предназначенные соответственно для имитации режимов разряда и заряда аккумуляторной батареи, соединенные параллельно между питающей сетью переменного тока, и системой электроснабжения через выходной фильтр, и связанные с блоком управления. При этом прямой канал (или канал имитации разряда) соединен с питающей сетью и включает последовательно соединенные входной выпрямитель и высокочастотный преобразователь энергии, выход которого связан с выходным фильтром, а вход - с блоком управления. Обратный канал (или канал имитации заряда) включает преобразователь напряжения с параллельным ключевым элементом, повышающий напряжение до необходимого уровня, входы которого являются входами канала и соединены с выходами блока управления и, через фильтр, с системой электроснабжения, а выходы - с входами функционального преобразователя, выполненного в виде автономного инвертора, осуществляющего гальваническую развязку и дополнительное повышение напряжения до уровня, необходимого для сброса энергии в сеть, вторые входы которого соединены с выходом блока управления, а выходы - через фильтр соединены с входами трехфазного инвертора, ведомого сетью.

Принцип действия имитатора аккумуляторной батареи основан на преобразовании электроэнергии переменного тока питающей сети в энергию постоянного тока, передаче ее в нагрузку в режиме «Разряд» и преобразовании входного постоянного тока в энергию переменного тока и передаче ее в питающую сеть в режиме «Заряд».

Недостатком указанного имитатора являются ограниченные функциональные возможности, не позволяющие ему работать в различных режимах.

Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей имитатора. Для всесторонней проверки правильности функционирования автоматики во всех режимах, обеспечения автоматизации проверок и существенного сокращения продолжительности испытаний преобразователь может работать в различных режимах:

- в режиме имитатора аккумуляторных батарей

- в режиме имитации наземного источника напряжения

- в режиме электронной нагрузки постоянного тока.

Электронный многофункциональный имитатор для испытаний систем электроснабжения космических аппаратов так же, как и прототип, содержит прямой и обратный каналы преобразования энергии, предназначенные соответственно для имитации режима разряда и режима заряда аккумуляторной батареи, соединенные параллельно между питающей сетью переменного тока и испытываемой системой электроснабжения через выходной фильтр, и связанные с блоком управления, в котором прямой канал (или канал имитации разряда) включает последовательно соединенные входной выпрямитель и высокочастотный преобразователь энергии, выход которого связан с выходным фильтром, а вход - с блоком управления, а обратный канал (или канал имитации заряда), содержит преобразователь напряжения, повышающий напряжение до необходимого уровня, входы которого являются входами канала и соединены с выходами блока управления и с системой электроснабжения, а выходы, через фильтр - с входами автономного инвертора, осуществляющего гальваническую развязку и дополнительное повышение напряжения до уровня, необходимого для сброса энергии в сеть, вторые входы которого соединены с выходом блока управления, а выходы - через второй фильтр соединены с входами трехфазного инвертора, ведомого сетью. Для решения поставленных задач в состав высокочастотного преобразователя канала разряда введено первое логическое устройство, связанное с блоком управления, обеспечивающее блокирование или разрешение работы преобразователя в зависимости от выбранного режима работы, в состав повышающего преобразователя канала заряда введено второе логическое устройство, соединенное с блоком управления и обеспечивающее блокирование или разрешение работы указанного преобразователя в зависимости от выбранного режима работы имитатора, а в состав автономного инвертора канала разряда введено третье логическое устройство, соединенное с блоком управления и обеспечивающее блокирование или разрешение работы указанного инвертора в зависимости от выбранного режима работы.

Далее сущность полезной модели поясняется с помощью рисунка, на котором представлена функциональная схема предложенного многофункционального преобразователя для испытаний систем электроснабжения космических аппаратов.

Имитатор аккумуляторной батареи состоит из прямого канала 1 (канал имитации разряда) и обратного канала 2 (канал имитации заряда) преобразования энергии. Прямой 1 и обратный 2 каналы соединены с сетью переменного тока и с испытываемой системой электроснабжения 3 через выходной фильтр 4.

Оба канала соединены с блоком управления 5, связанным с контроллером 6, который посредством блока управления, способен управлять режимами работы многофункционального имитатора. Кроме того, посредством контроллера в имитаторе осуществляется автоматический самоконтроль основных электрических параметров при включении питания с подтверждением готовности имитатора к работе.

Прямой канал 1 содержит входной выпрямитель 7, последовательно соединенный с высокочастотным преобразователем 8, выход которого соединен с выходным фильтром 4. Выход фильтра 4 является выходом прямого канала и соединен с входом испытываемой системы электроснабжения 3. Второй вход высокочастотного преобразователя 8 соединен с выходами блока управления 5 для передачи управляющего воздействия.

Обратный канал 2 (канал имитации заряда) состоит из последовательно соединенных повышающего преобразователя 9, второго фильтра 10, автономного инвертора 11, третьего фильтра 12 ведомого сетью инвертора 13, соединенного с питающей сетью переменного тока. Входы автономного инвертора 11 и повышающего преобразователя 9 связаны с блоком управления 5 для передачи управляющего воздействия.

Для расширения функциональных возможностей имитатора в состав высокочастотного преобразователя 8 канала разряда введено первое логическое устройство 14, связанное входом с блоком управления 5 и выходами - с устройством управления ключами преобразователя 8. В качестве логических устройств, используемых в данном имитаторе, могут использоваться известные логические схемы И, ИЛИ и т.п. В состав повышающего преобразователя 9 канала заряда введено второе логическое устройство 15, соединенное входом с блоком управления 5, а выходами - с устройством управления ключами повышающего преобразователя 9. В состав автономного инвертора 11 канала разряда введено третье логическое устройство 16, соединенное по входу с блоком управления 5, выходами связанное со схемой управления ключами инвертора 10.

В режиме имитации аккумуляторных батарей многофункциональный имитатор обеспечивает имитацию аккумуляторной батареи с бесконечно большой электрической емкостью, допускающей длительный заряд и длительный разряд без самопроизвольного изменения напряжения.

Принцип действия имитатора в режиме имитации аккумуляторной батареи основан на преобразовании электроэнергии переменного тока питающей сети в энергию постоянного тока, передаче ее в нагрузку в режиме «Разряд» и преобразовании входного постоянного тока в энергию переменного тока и передаче ее в питающую сеть в режиме «Заряд». Если напряжение на выходном фильтре 4 меньше или равно заданной с контроллера 6 уставке, работает канал 1, если напряжение превышает уставку - работает канал 2.

В режиме «Разряд» имитатор функционирует как вторичный источник питания. Напряжение питающей сети выпрямляется, регулируется и стабилизируется, и затем через фильтр 4 поступает в испытываемую систему электроснабжения 3.

Поддержание требуемых параметров канала «Разряд» и управление силовыми ключами преобразователей прямого канала обеспечивается блоком управления 5.

В режиме «Заряд» напряжение с выхода системы электроснабжения 3 поступает на модули повышающего преобразователя 9, который стабилизирует и регулирует входное напряжение в данном режиме. С выходов повышающего преобразователя 9 повышенное напряжение через фильтр 10 поступает на гальваноразвязанный ШИМ-преобразователь 11, который поддерживает постоянное напряжение у себя на входе. Выходное напряжение инвертора 11 через фильтр 12 поступает на ведомый сетью инвертор 13, где осуществляется преобразование энергии постоянного тока в энергию переменного тока питающей сети. Задача фильтра 12 состоит в фильтрации высокочастотной пульсации выходной энергии инвертора 11, сбрасываемой в сеть и ограничении тока пульсаций инвертора 11. С выхода ведомого сетью инвертора 13 эта энергия возвращается в сеть.

В режиме источника питания работает только канал 1, при этом на логические устройства 15 и 16 поступает сигнал блокировки работы преобразователя 9 и инвертора 11, т.е. канал 2 отключен. Канал 1 работает в прежнем режиме.

В режиме имитатора постоянной нагрузки, работает только канал 2, при этом на логическое устройство 14 поступает сигнал, блокирующий работу преобразователя 8. Т.е. канал 1 отключен. Необходимый режим работы задается с помощью контроллера 6, далее с блока управления 5 приходит сигнал на соответствующее логическое устройство 13 или 14 и 15 о блокировке или отсутствия блокировки соответствующего преобразователя.

Claims

Электронный многофункциональный имитатор для испытаний систем электроснабжения космических аппаратов, содержащий прямой и обратный каналы преобразования энергии, соединенные параллельно между питающей сетью переменного тока и испытываемой системой электроснабжения через выходной фильтр, и связанные с блоком управления, в котором прямой канал включает последовательно соединенные входной выпрямитель и высокочастотный преобразователь энергии, выход которого связан с выходным фильтром, а вход - с блоком управления, а обратный канал содержит преобразователь напряжения, повышающий напряжение до необходимого уровня, входы которого являются входами канала и соединены с выходами блока управления и с системой электроснабжения, а выходы через второй фильтр - с входами автономного инвертора, осуществляющего гальваническую развязку и дополнительное повышение напряжения до уровня, необходимого для сброса энергии в сеть, вторые входы которого соединены с выходом блока управления, а выходы через третий фильтр соединены с входами трехфазного инвертора, ведомого сетью, отличающийся тем, что в состав высокочастотного преобразователя прямого канала введено первое логическое устройство, связанное с блоком управления, обеспечивающее блокирование или разрешение работы преобразователя в зависимости от выбранного режима работы, в состав повышающего преобразователя обратного канала введено второе логическое устройство, соединенное с блоком управления и обеспечивающее блокирование или разрешение работы указанного преобразователя в зависимости от выбранного режима работы имитатора, а в состав автономного инвертора обратного канала введено третье логическое устройство, соединенное с блоком управления и обеспечивающее блокирование или разрешение работы указанного инвертора в зависимости от выбранного режима работы.