Перспективы в области разработки высоковольтных систем электропитания космического аппарата с модулем зарядно-разрядного устройства
Автор: Филонова М. М.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 1 т.21, 2020 года.
Бесплатный доступ
Изменение низковольтного уровня напряжения выходной шины питания нагрузки (27-28 В) в системе электропитания (СЭП) космического аппарата (КА) на высоковольтный (100 В) позволило существенно уменьшить массу КА в связи со снижением массы кабелей и энергопреобразующей аппаратуры (ЭПА). Однако возник ряд проблем, связанных со сложностью согласования возросших уровней напряжений источников энергии и нагрузки с учетом обеспечения необходимого уровня надежности СЭП. Поэтому выбор структуры СЭП и способов схемотехнической реализации ЭПА является актуальной и первоочередной задачей, стоящей перед разработчиками. На сегодняшний день в области разработки и создания высоковольтных СЭП КА перспективным направлением считается их проектирование на основе объединённых модулей ЭПА, в частности, на основе модулей зарядно-разрядных устройств (ЗРУ) аккумуляторных батарей (АБ). В статье проведен расчет и сопоставительный анализ структур СЭП КА с подключением модуля ЗРУ к шине солнечной батареи (БС) и выходной шине питания нагрузки. В ходе анализа полученных результатов установлено, что оба варианта реализации СЭП могут быть оптимальны в зависимости от заданной циклограммы нагрузки КА и предъявляемых к СЭП требованиям по удельным энергетическим, габаритно-массовым и иным характеристикам. Окончательный выбор структуры СЭП должен проводиться при условии учета удельной мощности ЭПА и последующего расчета габаритно-массовых характеристик альтернативных вариантов СЭП. Проведено имитационное моделирование двух вариантов реализации модуля ЗРУ АБ: двухтактного преобразователя c одним дросселем и преобразователя Вейнберга с магнитосвязанным дросселем и дополнительным силовым диодом. Установлено, что оба исследованных варианта могут быть использованы при разработке и создании модуля ЗРУ высоковольтной СЭП КА. Однако проектирование ЗРУ на основе преобразователя Вейнберга позволяет значительно уменьшить номиналы используемых дросселей и выходных конденсаторов при условии обеспечения требуемых уровней пульсаций выходных напряжений.
Космический аппарат, система электропитания, энергопреобразующая аппаратура, модуль зарядно-разрядного устройства, преобразователь вейнберга
Короткий адрес: https://sciup.org/148321959
IDR: 148321959 | DOI: 10.31772/2587-6066-2020-21-1-96-105
Список литературы Перспективы в области разработки высоковольтных систем электропитания космического аппарата с модулем зарядно-разрядного устройства
- Chernaya M. M. Method for calculating the energy characteristics and solar battery parameters of highvoltage power supply systems. Siberian Journal of Science and Technology. 2018, Vol. 19, No. 4, P. 651-657.
- Soustin B. P., Ivanchura V. I., Chernyshev A. I., Islyaev Sh. N. Sistemy elektropitaniya kosmicheskikh ap-paratov [Power supply systems of space crafts]. Novosibirsk, Nauka Publ., 1994, 318 p.
- Nesterishin M. V., Kozlov R. V., Zhuravlev A. V. [Comparative analysis of energy efficiency of energy converting equipment with parallel and serial solar battery power controller]. Doklady TUSURa. 2018, Vol. 21. No. 3. P. 98-102 (In Russ.).
- Chebotaev V. E., Kosenko V. E. Osnovy proektiro-vaniya kosmicheskikh apparatov informatsionnogo obe-specheniya [Basics of design of information space vehicles]. Krasnoyarsk, Sib. State Aerokos. Univ. Publ., 2011, 515 p.
- Shinyakov Yu. A., Gurtov A. S., Gordeev K. G. at al. [The choice of the structure of power supply systems for low-orbit spacecraft]. Vestnik Samarskogo gosu-darstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akademika S. P. Koroleva. 2010, No. 1(21), P. 103-113 (In Russ.).
- Akishin A. I. [Impact of electrical discharges on solar panels]. Nauchno-issledovatel'skii institut yadernoi fiziki imeni D. V. Skobel'tsyna MGU. 2008, No. 4, P. 68-71 (In Russ.).
- Lesnykh A. N., Sarychev V. A. [The research of high-voltage power supply systems for space crafts with boost converter]. Vestnik SibGAU. 2006, No. 6 (13), P. 63-66 (In Russ.).
- Chernaya M. M., Shinyakov Yu. A. [Research and development of energy-converting equipment for highvoltage power supply systems for low-Earth orbit space remote sensing devices]. Sbornik materialov VIIMezhdu-narodnoi nauchnotekhnicheskoi konferentsii K. E. Tsiolk-ovskii - 160 let so dnya rozhdeniya. Kosmonavtika. Radioelektronika. Geoinformatika. [Proc. of the VII International Scientific and Technical Conference named K. E. Tsiolkovsky]. Ryazan', 2017, P. 134-136 (In Russ.).
- Chernaya M. M. [Spacecraft Power Systems with Charger-Discharge Module]. Sbornik izbrannykh statey nauchnoy sessii TUSUR. 2018, Vol.1, No. 2, P. 163-166 (In Russ.).
- Yan Li, Trillion Q. Zheng, Qian Chen. Research on High Efficiency Non-Isolated Push-Pull Converters with Continuous Current in Solar-Battery Systems. Journal of Power Electronics. 2014, Vol. 14, No. 3, P. 432-443.
- Maset E., Ferreres A., Ejea J. B. et al. [High Efficiency Weinberg Converter for Battery Discharging in Aerospace Applications]. IEEE PESC Conf. 2006, Р. 1510-1516.
- Chen W., Rong P., Lu Z. Y. [Snubberless bidirectional DC-DC converter with new CLLC resonant tank featuring minimized switching loss]. IEEE Trans. Ind. Electron. 2010, Vol. 57, No. 9, P. 3075-3086.
- Borodin D. B., Tyunin S. S., Kabirov V. A., Se-menov V. D. [Weinberg Bidirectional Converter for spacecraft's charge-discharge device]. XIII Mezhdu-narodnaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya, posvyashchennaya 55-letiyu TUSURa. Tomsk, 2017, P. 204-207 (In Russ.).
- Weinberg A. K., Rueda Boldo P. [A High Power, High Frequency, DC to DC Converter for Space Applications]. Power Electronics Specialists Conference. 1992, Vol. 2, Р. 1140-1147.
- Maset E., Ferreres A., Ejea J. B. et al. [5kW Weinberg Converter for Battery Dischargingin HighPower Communications Satellites]. IEEE PESC Conf. 2005, Р. 69-75.
