Топологии нагрузочного устройства рекуперационного типа

Решетневскце чтения

A. V. Lebedev, D. N. Poymanov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

COMPARATIVE INVESTIGATION OF DYNAMIC SIMULATION AND REAL CHARACTERISTICS OF TWO TYPES OF POWER AMPLIFIERS AND REFINEMENT OF P-SPICE MODELS

The work presents a comparative analysis of experimental and simulation dynamic characteristics of two types of power transistor amplifiers and refinement of P-Spice models.

© Лебедев А. В., Пойманов Д. Н., 2011

УДК 629.7.064.52

Д. К. Лобанов, Е. А. Мизрах

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ТОПОЛОГИИ НАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА РЕКУПЕРАЦИОННОГО ТИПА*

Проведен сравнительный анализ возможных топологий нагрузочного устройства рекуперационного типа.

Для обеспечения электромагнитной совместимости электрооборудование современных космических аппаратов (КА) проходит комплексные наземные испытания. Совершенствование элементной базы и применение новых технических решений значительно повысило быстродействие и энергопотребление бортового электрооборудования, что привело к необходимости совершенствования наземных испытательных комплексов, улучшения их качественных и количественных характеристик с целью обеспечения требуемой точности и качества отработки как систем электропитания, так и потребителей электроэнергии. Кроме того, при испытаниях вторичных источников электропитания (ВИЭП) большой мощности (с выходной мощностью свыше 5 кВт) возникают проблемы с утилизацией энергии потребителей.

Для задания требуемого режима энергонагружения ВИЭП используется нагрузочное устройство (НУ), имитирующее вольт-амперную характеристику и полное внутреннее сопротивление потребителей, подключаемых к испытываемому ВИЭП. По способу утилизации энергии топологии НУ можно разделить на два типа:

1) со сбросом энергии в окружающую среду в виде тепла;

2) с частичным возвратом (рекуперацией) энергии в сеть электропитания.

Топология НУ с рекуперацией энергии в сеть электропитания делится на два типа по роду тока сети:

- с рекуперацией в сеть переменного тока;

- с рекуперацией в сеть постоянного тока, питающую испытательный комплекс.

НУ со сбросом энергии в окружающую среду характеризуется крайне низким коэффициентом полез-

ного использования энергии. Из-за необходимости отвода тепла от нагрузочного элемента применение данной топологии ограничено испытаниями ВИЭП небольшой мощности. Кроме того, необходимо учитывать стоимость устройств, осуществляющих отвод тепла, дополнительный расход электроэнергии для работы этих устройств, их массу и габариты, обслуживание и т. д. Подобные устройства описаны в [1; 2].

Нагрузочное устройство рекуперационного типа (НУРТ) с частичным возвратом энергии в сеть переменного тока позволяет реализовать различные режимы испытаний, характеризуется относительно высоким коэффициентом полезного использования энергии, позволяет испытывать мощные ВИЭП. Такое устройство описано в [3]. Данная топология, вследствие необходимости согласования параметров выходного напряжения НУРТ с параметрами сети, имеет в своем составе ведомый сетью инвертор, что приводит к усложнению системы управления и увеличению стоимости комплекса.

НУРТ, как правило, используется в составе испытательного комплекса, который содержит помимо НУРТ имитатор первичного источника электропитания (ПИЭП), повторяющий выходную вольт-амперную характеристику и полное внутреннее сопротивление ПИЭП КА, стабилизирующий выпрямитель (СВ), питающий имитатор ПИЭП, дополнительное оборудование, позволяющее задавать различные режимы испытаний, проводить измерения, обрабатывать информацию и представлять ее в удобном для пользователя виде, а также оборудование, выполняющее защитную функцию, предохраняющее ВИЭП от выхода из строя при возникновении аварийной ситуации.

*Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.

Cuстемы управления, космическая навигация и связь

Наличие СВ, питающего испытательный комплекс постоянным током, дает возможность рекуперировать энергию, потребленную НУРТ, после преобразования в эту сеть постоянного тока.

Топология испытательного комплекса с рекуперацией в сеть постоянного тока с последовательным включением в сеть:

СВ - стабилизирующий выпрямитель; СН - стабилизатор напряжения; ИПИЭП - имитатор первичного источника электропитания; ВИЭП - вторичный источник электропитания;

НУРТ - нагрузочное устройство рекуперационного типа

В топологии испытательного комплекса с рекуперацией энергии в сеть постоянного тока (см. рисунок) упрощается согласование параметров выходного напряжения НУРТ с параметрами сети постоянного тока, уменьшается мощность, потребляемая от СВ, а значит и мощность, потребляемая СВ от сети переменного тока, что имеет немаловажное значение при работе испытательного комплекса от устройства бес-

перебойного питания. Данная топология позволяет реализовать различные режимы испытаний, характеризуется относительно высоким коэффициентом полезного использования энергии. Подобный испытательный комплекс описан в [4].

Библиографические ссылки

1. Пат. 4042830 США, МПК H 02 J 4/00. Solid state programmable dynamic load simulator / Kellenbenz C. W., Goodman J. P., Randall C. № 635021 ; заявл. 25.11.75 ; опубл. 16.08.77.

2. Пат. 3624489 США, МПК G 05 F 1/58. Constant current variable load regulator / Betton A. L., Calif R. № 7829 ; заявл. 02.02.70 ; опубл. 30.11.71.

3. А. с. 1050068 СССР, МКЛ2 H 02 M 7/48. Имитатор активной нагрузки / В. Н. Мишин, В. Л. Кузьмин, Г. А. Ракитин, А. С. Бикулов, В. А. Худяков (СССР). № 3393131/24-07 ; заявл. 09.02.82 ; опубл. 23.10.83, Бюл. № 39.

4. Пат. 2187192 Российская Федерация, МПК7 H 02 M 3/07, H 02 M 3/10. Устройство для испытания энергосистем постоянного тока / Мизрах Е. А., Лон-шаков А. В. ; заявитель и патентообладатель Сиб. аэ-рокосмич. акад. № 99114746/09 ; заявл. 07.07.99; опубл. 20.05.01.

D. K. Lobanov, E. A. Mizrakh Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

POWER RECUPERATION LOAD TOPOLOGIES

Comparative analysis of possible power recuperation load topologies has been performed.

© Лобанов Д. К., Мизрах Е. А., 2011

УДК 621.31

Р. А. Мирзаев, И. В. Макаров Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА БЕСПИЛОТНОМ ЛЕТАТЕЛЬНОМ АППАРАТЕ

Рассматриваются аспекты проектирования систем электропитания для беспилотных летательных аппаратов. Поставлена и решена задача контроля состояния аккумуляторных батарей борта.

Одним из динамично развивающихся направлений техники является беспилотная авиация. При создании авиационной платформы актуальной проблемой является разработка системы электропитания. Задача системы электропитания - обеспечение питания бортовых систем с заданной мощностью с автоматическим переключением источников энергии (генератора и аккумуляторных батарей) при рабочем диапазоне температур от -30 до +50 °С.

В ходе анализа литературы по схемотехнике [1; 2] выявлены основные принципы построения устройств

электропитания и на их основе разработана бортовая система электропитания.

Функциональная схема бортовой системы электропитания, обеспечивающей автоматическое переключение источников энергии (аккумуляторных батарей и генератора), представлена на рис. 1. С генератора переменный ток подается на плату стабилизатора напряжения. В блоке стабилизатора напряжения происходит выпрямление напряжения генератора, сглаживание пульсаций и стабилизация выпрямленного напряжения. Исходными данными для проектирова-