Энергосберегающий имитационно-натурный комплекс для электрических испытаний систем электропитания космических аппаратов

Автор: Лобанов Д.К., Мизрах Е.А., Самотик Л.А., Ткачев С.Б., Штабель Н.В.

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau

Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника

Статья в выпуске: 3 т.21, 2020 года.

Бесплатный доступ

В работе рассмотрен автоматизированный энергосберегающий имитационно-натурный комплекс, предназначенный для наземных испытаний систем электропитания космических аппаратов. Комплекс позволяет имитировать работу солнечной батареи, аккумуляторной батареи и бортовой нагрузки. Отличительной особенностью комплекса является комбинирование непрерывных и импульсных методов управления и использование рекуперации потребленной энергии в собственную сеть постоянного тока с целью повышения динамической точности и повышения коэффициента полезного использования энергии. Также рекуперация в сеть постоянного тока снижает энергопотребление комплекса, что при использовании источника бесперебойного питания (ИБП) позволяет увеличить время работы комплекса от аккумуляторов ИБП. В статье рассматриваются вопросы повышения динамической точности и снижения энергопотребления при проведении наземных электрических испытаний систем электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА). В ходе наземных электрических испытаний СЭП КА возникают следующие задачи: необходимо достаточно адекватно воспроизводить статические и динамические свойства как источников энергии СЭП КА, так и потребителей; при энергонагружении СЭП и имитации заряда бортовой аккумуляторной батареи (АБ) необходимо утилизировать потребленную энергию. Статья представляет собой описание автоматизированного энергосберегающего имитационно-натурного комплекса (ЭИНК), структур его подсистем, экспериментальное подтверждение характеристик. Приведен внешний вид ЭИНК. Промышленно выпускаемые имитационно-натурные комплексы, как правило, используют непрерывные или импульсные методы управления. Использование непрерывных методов управления снижает коэффициент полезного использования энергии, поскольку относительно большая часть энергии рассеивается в виде тепла на регулирующих элементах, а также приводит к увеличению массогабаритных показателей из-за необходимости применения теплоотводов. Это затрудняет создание мощных имитационно-натурных комплексов. Использование импульсных методов управления обеспечивает высокое значение коэффициента использования энергии, однако не позволяет получить высокого быстродействия и адекватного воспроизведения быстропротекающих процессов реальных устройств. В данной статье рассмотрено комбинирование непрерывных и импульсных методов управления, что позволяет объединить их преимущества. Для утилизации избыточной энергии в промышленно выпускаемых имитационно-натурных комплексах используется или рассеивание энергии в виде тепла или рекуперация в промышленную сеть переменного тока. Сброс избыточной энергии в виде тепла снижает коэффициент полезного использования энергии, приводит к повышению температуры в помещении (при испытании мощных СЭП), может потребовать систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Рекуперация энергии в сеть переменного тока лишена этих недостатков. Однако она требует согласования параметров рекуперируемой энергии с требованиями промышленной сети посредством ведомых сетью инверторов, что приводит к ухудшению массогабаритных показателей комплекса. Кроме того, рекуперация в сеть переменного тока затруднена при аварийном отключении сети. Это может привести к срыву длительных испытаний. В данной статье рассмотрен метод рекуперации избыточной энергии в собственную сеть постоянного тока комплекса. При этом снижается энергопотребление комплекса, что при использовании источников бесперебойного питания (ИБП) повышает время работы ЭИНК от аккумуляторов ИБП при аварийном отключении сети переменного тока. В выводах статьи подчеркивается, что разработанный ЭИНК обладает следующими преимуществами: возможность уменьшения мощности источника электропитания комплекса минимум в два раза; сохранение работоспособности и увеличение длительности работы от источника бесперебойного питания при отключении промышленной сети переменного напряжения; существенное уменьшение массы и габаритов составных частей ЭИНК.

Еще

Имитатор солнечной батареи, имитатор аккумуляторной батареи, нагрузочное устройство, система электропитания, энергосбережение

Короткий адрес: https://sciup.org/148321989

IDR: 148321989   |   DOI: 10.31772/2587-6066-2020-21-3-400-408

Список литературы Энергосберегающий имитационно-натурный комплекс для электрических испытаний систем электропитания космических аппаратов

  • Keysight E4350B, E4351B Modular Solar Array Simulators Datasheet. Available at: https://www.keysight. com/ru/pc-1000000530%3Aepsg%3Apgr/e4350b-e4351b-solar-array-simulators?nid=-32610.0.00&cc=RU&lc=rus. (accessed 02.03.2020).
  • Elgar Solar Array Simulator. Available at: https://www.powerandtest.com/power/engineered-systems/solar-array-simulator (accessed 02.03.2020)
  • Haeberlin H. et al. Development of a fully automated PV array simulator of 100 kW. 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Valencia, Spain, Sept. 2008
  • Martín-Segura G. et al. Development of a photovoltaic array emulator system based on a full-bridged structure. Electrical Power Quality and Utilisation (EPQU) 9th International Conference on. 2007, Vol. 4, Iss. 2, P. 1-6.
  • Mizrakh E. A., Balakirev R. V., Lobanov D. K., S. B. Tkachev, A. S. Fedchenko. Kompleks dlya nazemnykh ispytaniy sistem elektropitaniya kosmicheskikh apparatov [Groundbased test complex for spacecraft power supplies tests]. Patent RF, no. 159208, 2016.
  • Mizrakh E. A., Balakirev R. V., Lobanov D. K., Shtabel' N. V., Poymanov D. N. Elektricheskiy imitator akkumulyatornoy batarei s zashchitoy po toku i napryaz-heniyu i ustroystvo zashchity elektricheskogo imitatora akkumulyatornoy batarei [Electric battery simulator with current and voltage protection and protection device for electric battery simulator]. Patent RF, no. 2635897, 2017.
  • Elgar Battery String Simulators. Available at: https://www.powerandtest.com/power/engineered-systems/battery-string-simulator (accessed 02.03.2020)
  • Keysight E4360 Modular Solar Array Simulators. Available at: https://www.keysight.com/ru/pc-1367756/ e4360-modular-solar-array-simulators?pm=LB&nid=-34612. 0&c=181710.i.1&to=79830.g.0&cc=RU&lc=rus (accessed 02.03.2020)
  • Keysight E4360 Modular Solar Array Simulators. Available at: https://www.keysight.com/ru/pc-1367756/ e4360-modular-solar-array-simulators?pm=LB&nid=-34612. 0&c=181710.i.1&to=79830.g.0&cc=RU&lc=rus (accessed 02.03.2020)
  • Nauchno-issledovatel'skiy institut avtomatiki i elektromekhaniki TUSUR. Blok imitatsii litiy-ionnoy ak-kumulyatornoy batarei BIAB-200LI [Research Institute of Automatics and Electromechanics TUSUR. The simulation unit of the lithium-ion battery BIAB-200LI]. Available at: : http://niiaem.tomsk.ru/product/biab/biab-200li.html (accessed 02.03.2020).
  • Nauchno-issledovatel'skiy institut avtomatiki i elektromekhaniki TUSUR [Research Institute of Automatics and Electromechanics TUSUR.]. Available at: http://niiaem.tomsk.ru/product/ibs/ibs-200.htm (accessed 02.03.2020).
  • Nauchno-issledovatel'skiy institut avtomatiki i elektromekhaniki TUSUR. Blok imitatsii nagruzki BIN-100 [Research Institute of Automatics and Electromechanics TUSUR. Load Simulation Unit BIN-100]. Available at: http://niiaem.tomsk.ru/product/in/bin-100.html (accessed 02.03.2020).
Еще
Статья научная