Автоматизированный имитатор аккумуляторной батареи с «Горячим» резервированием силовых модулей

References

1. Mizrakh E. A., Sidorov A. S., Balakirev R. V.O sinteze admitansnykh chastotnykh kharakteristik imitatora solnechnoy batarei. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta imeni akademika M. F. Reshetneva. Vypusk 2(9). Pod red. prof. G. P. Belya-kova. Krasnoyarsk : SibGAU, 2006.

2. Sidorov A. S. Issledovanie imitatora solnechnykh batarey s parallel'nym nepreryvnym usilitelem moshchnosti. A. S. Sidorov, E. A. Mizrakh. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta imeni akademika M. F. Reshetneva. Vypusk 4(17). Pod red. prof. G. P. Belyakova. Krasnoyarsk : SibGAU, 2007.

3. Martín-Segura G., López-Mestre J., Teixidó-Casas M., Sudriá-Andreu A. Development of a photovoltaic array emulator system based on a full-bridged structure. Electrical Power Quality and Utilisation (EPQU) 9th International Conference. 2007. Vol. 4. Vyp. 2. P.1-6.

4. Kremzukov Yu. A. Issledovanie dinamicheskikh kharakteristik imitatora solnechnoy batarei IBS-300/25.

Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Zhurnal Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. 2008. Vol. 312. № 4. Energetika. P. 131-135.

5. Shtabel' N. V., Balakirev R. V. Issledovanie dinamicheskikh kharakteristik tsifrovogo funktsional'nogo preobrazovatelya (tezisy). Aktual'nye problemy aviatsii i kosmonavtiki : materialy Vseros. nauch.-prakt. konf. stu-dentov, aspirantov i molodykh spetsialistov (12-16 apre-lya 2010, g. Krasnoyarsk) : v 2 t. T. 1. Tekhnicheskie nauki. Informatsionnye tekhnologii. pod obshch. red. Yu. Yu. Loginova ; Sib. gos. aerokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2010. 472 p.

© Штабель Н. В., Мизрах Е. А., Балакирев Р. В., Ткачев С. Б., Пойманов Д. Н., 2015

УДК 621.314

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ИМИТАТОР АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ С «ГОРЯЧИМ» РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ СИЛОВЫХ МОДУЛЕЙ

А. Г. Юдинцев1,2*, А. А. Царёв1

Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники Российская Федерация, 634034, Томск, ул. Белинского, 53 2Томский политехнический университет Российская Федерация, 634050, Томск, просп. Ленина, 30. E-mail: yudintsev-anton@mail.ru

С целью обеспечения отечественных предприятий ракетно-космической отрасли более надёжным и качественным оборудованием для наземных испытаний систем электропитания космических аппаратов (СЭП КА) разработан автоматизированный имитатор аккумуляторной батареи (ИАБ) с «горячим» резервированием силовых модулей. Предложенная структура ИАБ позволяет проводить высококачественные автоматизированные испытания СЭП КА.

Ключевые слова: космический аппарат, система электропитания, автоматизированный имитатор аккумуляторной батареи, наземные испытания.

THE AUTOMATED STORAGE BATTERY SIMULATOR WITH HOT SWAP POWER UNITS

A. G. Yudintsev1,2*, A. A. Tsarev1

:The research institute of automatics and electromechanics of Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics 53, Belinskogo Str., Tomsk, 634034, Russian Federation 2Tomsk Polytechnic University 30, Lenin Av., Tomsk, 634050, Russian Federation. E-mail: yudintsev-anton@mail.ru

In order to provide domestic space industry with more reliable and quality equipment for technical testing spacecraft power supply system, the automated storage battery simulator is developed. In present simulator the hot swap of power units is implemented. The proposed storage battery simulator allows testing spacecraft power supply system in continuous mode by hot swap replacement of power modules during technical testing.

Keywords: spacecraft, power supply system, automated storage battery simulator, technical testing.

Система электропитания (СЭП) космического аппарата (КА) является одной из жизнеобеспечивающих наряду с системами терморегулирования и ориентации и является обязательной составной частью несу-

щей платформы КА. Вопрос надёжности и долговечности работы СЭП является принципиально важным при проектировании, изготовлении и наземных испытаниях КА [1].

Решетнеескцие чтения. 2015

Структурная схема имитатора аккумуляторной батареи

Известно, что требования к СЭП КА с каждым годом повышаются, и основные критерии оценки - это срок активного существования на орбите и мощность СЭП. Мощности современных СЭП КА превышают 15 кВт («Ямал-401», мощность СЭП - 16,2 кВт) [2; 3]. Завершающим и самым важным этапом при изготовлении СЭП КА являются наземные испытания. В ходе испытаний необходимо проверить весь перечень функций, выполняемых СЭП, в полном объёме выходной мощности. К основным функциям СЭП относятся: стабилизация напряжения на выходной шине, заряд (разряд) аккумуляторной батареи, отбор мощности с панелей солнечных батарей. В силу понятных причин в цеховых условиях невозможно воспроизвести всю циклограмму работы СЭП КА, подобную реальной, когда спутник находится на орбите, ввиду отсутствия потока солнечной энергии, всего спектра и характера нагрузок, а также весьма затруднительным является использование бортовых аккумуляторов в ходе проведения наземных испытаний [4]. Данная задача, как правило, решается подключением к СЭП имитаторов солнечной и аккумуляторной батарей, питаемых от промышленной трёхфазной сети, например, как показано в [5].

В связи с вышеизложенным следует отметить, что научно-техническая задача разработки современных имитаторов аккумуляторных батарей является крайне важной и актуальной. В целях обеспечения отечественного производителя космических аппаратов современным испытательным оборудованием разработан имитатор аккумуляторной батареи (ИАБ) со следующими основными техническими характеристиками:

- диапазон зарядно-разрядного напряжения 40.. .110 В;

- диапазон зарядного тока 0. 30 А;

- диапазон разрядного тока 0. 200А;

- размах пульсаций выходного напряжения ±50 мВ;

- нестабильность выходного напряжения не более 0,2 В в рабочем диапазоне по току.

Структурная схема имитатора представлена на рисунке.

Блок имитации заряда-разряда (БИЗР) представляет собой законченный силовой модуль, состоящий из отдельных каналов, имитирующих заряд и разряд АБ, и управляемый по информационному каналу Я8-485 (см. рисунок). Подключение ИАБ к комплексу автоматики и стабилизации (КАС) осуществляется автоматически при помощи коммутатора (КМ), содержа-

щего силовые контакторы, которые размыкаются в случае возникновения аварийной ситуации, предотвращая повреждение «полётного» КАС.

Управление и диагностика датчиков ИАБ, а также протоколирование хода испытаний осуществляется при помощи блока управления (БУ) со встроенным контроллером PC-104.

Возможно удалённое управление ИАБ посредством Ethernet-интерфейса в составе комплекса и непосредственное - при помощи сенсорной панели.

Подключение к силовой сети осуществляется посредством устройства ввода (УВ), снабженного механизмом плавного пуска. Силовой канал ИАБ отделен от 3-фазной сети и испытуемого КАС фильтрами радиопомех (ФРП) с целью улучшения электромагнитной совместимости.

Для подавления высокочастотных помех, возникающих в результате функционирования модулей БИЗР, установлен фильтр выхода (Фвых), состоящий из нескольких LC-звеньев.

Представленный имитатор позволяет проводить наземные испытания в непрерывном режиме даже в случае выхода из строя одного из силовых модулей БИЗР, так как возможно произвести «горячую» замену аварийного модуля. Предложенная структура ИАБ позволяет проводить высококачественные автоматизированные испытания СЭП КА с возможностью получения любой точки ВАХ, соответствующей одному из многочисленных состояний реальной АБ (полностью разряжена, заряжена и т. д.), а также осуществлять энергосбережение при испытаниях в режиме заряда АБ.

Библиографические ссылки

1. Системы электропитания космических аппаратов / Б. П. Соустин, В. И. Иванчура, А. И. Чернышев, Ш. Н. Исляев. Новосибирск : ВО «Наука». Сиб. изд. фирма, 1994. 318 с.

2. Космические аппараты [Электронный ресурс]. URL: https://www.iss-reshetnev.ru/spacecraft (дата обращения: 27.07.2015).

3. Продукция: Комплексы автоматики и стабилизации систем электроснабжения космических аппаратов [Электронный ресурс]. URL: http://polus.tomsknet.ru/7id = 212 (дата обращения 27.07.2015).

4. Юдинцев А. Г. Проблемы проектирования автоматизированных испытательных комплексов систем

электропитания космических аппаратов // Решетнев-ские чтения : материалы XVII Междунар. науч. конф. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. Ч. 1. С. 336-337.

5. Способ электрических проверок космического аппарата : пат. 2513322 Рос. Федерация : МПК51 G 01 R 31/00 / В. В. Коротких, А. Г. Лесковский, М. В. Не-стеришин, С. И. Опенько ; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Информационные спутниковые системы» им. академика М. Ф. Решетнева»». № 2012122676/11 ; заявл. 01.06.2012 ; опубл. 20.04.2014, бюл. № 11. 6 с.

References

1. Systemy electropitaniya kosmicheskih apparatov / B. P. Soustin, V. I. Ivanchura, A. I. Chernyshev, Sh. N. Islyaev // Novosibirsk: VO "Nauka". Sibirskaya izdatelskaya firma, 1994.

2. Kosmicheskie apparaty. Available at: https://www.iss-reshetnev.ru/spacecraft (accessed 27.07.2015).

3. Produkciya: Kompleksy avtomatiki i stabilizacyi system electrosnabzheniya kosmicheskih apparatov.

Available at: http://polus.tomsknet.ru/7id = 212 (accessed 27.07.2015).

4. Yudintsev A. G. Problemy proektirovaniya avtomatizirovannyh ispytatelnyh kompleksov system elektropitaniya kosmicheskih apparatov (The development problems of automated control system for spacecraft's power systems) // Reshetnevskie chteniya: materialy XVII Mejdunar. nauch. konf.; pod obsh. red. Yu. Yu. Loginova / Sib. gos. aerokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2013. Part 1. P. 336-337.

5. Sposob electricheskih proverok kosmicheskogo apparata : pat. 2513322 Russia: MPK51 G 01 R 31/00 / V. V. Korotkih, A. G. Leskovsky, M. V. Nesterishin, S. I. Openko; zayavitel I patentoobladatel Otkrytoe akcionernoe obshestvo "Informacionnye sputnikovye systemy" im. Akademika M. F. Reshetneva". № 2012122676/11 ; zayavl. 01.06.2012 ; opubl. 20.04.2014, Byul. № 11. 6 s.

© Юдинцев А. Г., Царёв А. А., 2015