Экстремальный регулятор поискового типа для автономной системы электропитания

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

силовым ключом в которых обеспечивается посредством микроконтроллерной техники.

Оцифровывание входных сигналов в макете силового модуля производится внешним аналого-цифровым преобразователем (АЦП) МАХ130В, вычислительные процедуры производятся микроконтроллером АТМЕОА128А1. Силовая цепь макета СМ имеет следующие параметры: индуктивность дросселя Ь = 110-180 мкГн и зависит от силы протекающего тока, емкость конденсатора выходного фильтра С = 1 000 мкФ, период преобразования Т = 25 мкс, входное напряжение ивх = 25-80 В и выходное напряжение ивых = 15 В.

Исследование процессов в макете ИСН, состоящем из одного или двух силовых модулей, показали работоспособность ИСН с предложенным устройством управления силовыми модулями. При этом в ИСН обеспечивается астатизм выходного напряжения и длительность переходных процессов в 2-3 периода преобразования при ступенчатом изменении тока нагрузки и малом отклонении длительности импульса управления. При значительной величине коммутируемой составляющей тока нагрузки (около 1,2 А), приводящей к существенному приращению длительности импульса управления, происходит увеличение длительности переходного процесса до 3-5 периодов преобразования, однако сохраняется конечный характер переходного процесса.

Вариант реализации (1) с применением дискретных значений регулируемой составляющей выходного напряжения может быть использован и для управления СМ, входящими в состав многомодульного ИСН. Устройство управления СМ, входящим в состав многомодульного ИСН, помимо задач по обеспечению требуемого качества выходного напряжения в динамических и статических режимах работы должно решать и задачу по распределению тока нагрузки между отдельными модулями, входящими в состав ИСН, что позволяет выровнять тепловыделение в модулях.

Для равномерного распределения тока нагрузки между СМ при аналоговой реализации устройства управления (УУ) использован контур отрицательной обратной связи (ОС) по току дросселя. Применение этого контура формирует наклонную внешнюю характеристику модуля, что способствует выравниванию выходных токов СМ.

Применение в УУ контура отрицательной ОС по току дросселя может негативно отразиться на динамических характеристиках СМ и многомодульного ИСН в целом, так как отрицательная ОС по току дросселя препятствует изменению тока дросселя, необходимому для компенсации приращения тока нагрузки. Поэтому сигнал ОС по току дросселя подвергается частотной коррекции апериодическим звеном с постоянной времени, превышающей длительность переходного процесса при стабилизации выходного напряжения.

Исследование процессов в макете СМ, устройство управления которого дополнено контуром ОС по току дросселя, не выявило существенного изменения динамических и статических характеристик. Основное отличие процессов в СМ с дополнительной ОС по току дросселя состоит в том, что сигнал на выходе интегратора сигнала рассогласования при отсутствии контура ОС по току дросселя изменяется незначительно при ступенчатой коммутации тока нагрузки, в то время как при наличии контура ОС по току дросселя происходят существенные изменения величины сигнала на выходе интегратора. Это объясняется тем, что изменение сигнала на выходе интегратора сигнала рассогласования компенсирует приращения сигнала контура ОС по току дросселя, что позволяет обеспечить астатизм выходного напряжения силового модуля. При исследовании процессов в макете максимальное отклонение выходного тока фазы модуля от тока нагрузки, деленного на число фаз ИСН ПН не превышает 4 % и возникает при максимальном различии уровней питающих напряжений модулей (около 30 В) и низком уровне тока нагрузки.

Библиографические ссылки

1. Соустин Б. П., Иванчура В. И., Чернышев А. И. и др. Системы электропитания космических аппаратов. Новосибирск : Наука, 1994. 318 с.

2. Краснобаев Ю. В., Капулин Д. В., Гончарук Д. В. Быстродействующие импульсные стабилизаторы напряжения с модульным принципом построения и дискретным управлением Журнал СФУ // Красноярск, 2012. С. 327-339.

© Гончарук Д. В., 2013

УДК 621.31

О. А. Донцов Научный руководитель - Ю. В. Краснобаев Сибирский федеральный университет, Красноярск

ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПОИСКОВОГО ТИПА ДЛЯ АВТОНОМНОЙ СИСТЕМЫ

ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Описаны способы организации автономных систем электропитания на основе солнечных батарей, их преимущества и недостатки. Предложен вариант системы электропитания с экстремальным регулированием и ее функции, а также реализация этих функций. Рассмотрены преимущества поисковых методов экстремального регулирования при изменяющихся внешних условиях.

Подавляющее большинство автономных систем электропитания (СЭП), использующих фотоэлектрические преобразователи, включают в себя источник

энергии - солнечную батарею (СБ), а также аккумуляторную батарею (АБ), которая запасает энергию, выработанную СБ в светлое время суток. В СЭП с

Секция «Автоматика и электроника»

общими шинами СБ-АБ-нагрузка напряжение СБ поддерживается равным напряжению на АБ, и меньшим напряжения иСБ ОПТ, при котором достигается

экстремум на мощностной характеристике СБ. Следовательно, происходит недоиспользование мощности СБ, которое может достигать 15-30 % от максимальной [1].

Исключить недоиспользование можно за счёт введения в СЭП конвертора, включённого между СБ и АБ. Этот конвертор позволяет разделить по напряжению СБ и АБ, что дает возможность регулировать ток, потребляемый от СБ и обеспечить следующие режимы работы контроллера СБ:

а) в случае избытка мощности:

- поддержание заданного зарядного тока АБ;

- дозаряд АБ падающим током при поддержании заданного фиксированного напряжения ПАБ ;

б) в случае недостатка мощности СБ:

- поиск экстремума на мощностной характеристике СБ и поддержание режима отбора экстремальной мощности.

Существующие методы отбора экстремальной мощности СБ значительно разнятся между собой. В данный момент наиболее распространены экстремальные регуляторы (ЭР) поискового типа. Такие ЭР с определенной частотой осуществляют поисковые движения рабочей точки на ВАХ СБ до тех пор, пока не будет достигнута точка, соответствующая максимуму мощности. Поисковый метод имеет определенные преимущества перед остальными методами. К примеру, вид ВАХ СБ не влияет на успешный поиск экстремума мощности, что позволяет использовать поисковый метод при большом разбросе температуры и освещенности СБ. Также стоит отметить, что такой метод поиска экстремума является достаточно простым в реализации, что может быть выгодно при проектировании автономной СЭП.

Вид ВАХ СБ оказывает существенное влияние на процент недоиспользования мощности СБ. Например, при увеличении температуры монокристаллического солнечного модуля на 1 градус происходит уменьшение вырабатываемой мощности в среднем на 0,49 %

вследствие того, что при нагреве СБ ток короткого замыкания незначительно возрастает, но напряжение холостого хода заметно уменьшается. Отсюда следует вывод, что при низких температурах эксплуатации СБ недоиспользование мощности из-за отсутствия в СЭП экстремального регулятора будет выше, так как КПД солнечной батареи возрастает с уменьшением рабочей температуры (см. рисунок).

— и«« КПД СБ

0 10 20 30 40 50

Температура СБ, ,: С

Зависимость КПД СБ и напряжения uxx от температуры

Для создания контроллера СБ была разработана его модель в системе Orcad 9.2, в которой применен алгоритм, обеспечивающий реализацию вышеперечисленных функций. Исследования, проведенные на модели контроллера, показали, что недоиспользование мощности СБ при экстремальном регулировании с пошаговым алгоритмом не превышает 2 %.

Библиографическая ссылка

1. Соустин Б. П., Иванчура В. И., Чернышев А. И. и др. Системы электропитания космических аппаратов. Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1994. 318 с.

© Донцов О. А., 2013

УДК 621.314.1

А. Н. Зорин Научный руководитель - Н. Н. Горяшин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ С ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПРИ НУЛЕВЫХ ЗНАЧЕНИЯХ ТОКА ПОВЫШАЮЩЕГО ТИПА

Исследуется влияние резонансного режима работы преобразователя напряжения с переключением ключевых элементов при нулевых значениях тока на распределения токов при параллельной работе преобразователей.

Для повышения надежности систем электропитания на постоянном токе обычно используется блочно-модульный принцип с параллельно включенными преобразователями напряжения (ПН), работающими на общую нагрузку. При этом первичный источник

электроэнергии (ПИЭ) может быть общий или отдельный для каждого преобразователя. Разброс параметров элементов преобразователей и первичных источников может стать причиной неравномерного распределения мощности между модулями ПН, что