МОДУЛЬ ИМИТАЦИИ ПОСТОЯННОЙ НАГРУЗКИ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Полезная модель относится к устройствам для испытаний систем электроснабжения. В частности, полезная модель относится к электронным имитаторам нагрузок для испытаний систем электроснабжения космических аппаратов. Для испытаний таких систем необходимо имитировать нагрузочные токи в широком диапазоне. На современных космических аппаратах системы электроснабжения, распределения электроэнергии, системы обеспечения заданного качества аккумулирования, с учетом более высокой надежности по сравнению с другими системами, занимают по массе и объему до 30% самого космического аппарата. Среднесуточная мощность систем электропитания космических аппаратов сегодня превышает 70 кВт, при этом характер нагрузки может быть активным, реактивным, смешанным и т.д. Соответственно, и устройства для имитации нагрузок при наземных испытаниях систем электропитания космических аппаратов должны обеспечивать широкий диапазон нагрузочных токов, а также статические и динамические режимы работы.
Известные устройства для тестирования систем электропитания обычно состоят из групп резисторов, которые необходимо коммутировать для установления требуемой величины нагрузки (US 3624489). Этот процесс в испытательном комплексе должен неоднократно повторяться, если испытания должны проводиться на нескольких уровнях мощности. Недостатками таких устройств являются невозможность непрерывно изменять ток нагрузки от одного уровня до другого, невозможность проведения динамических испытаний, а также малое количество информации, получаемой в процессе испытаний об испытываемом объекте.
В настоящее время разработано большое количество электронных переключаемых устройств для имитации динамических нагрузок. Так устройство по патенту US 3406341 использует фиксированный резистор и управляемые регулируемые источники тока и напряжения. В этом устройстве изменение нагрузки выполняется либо изменением тока, либо изменением напряжения в зависимости от задач испытаний. Известно также использование в имитаторах нагрузки коммутируемых кремниевых управляемых диодных выпрямителей для создания пульсаций переменного тока источника питания. При работе такие устройства обеспечивают пульсации, имитирующие изменение нагрузки, ограниченное только действием коммутирующей схемы (US 4288739). Недостатком таких устройств по-прежнему остается КПД, равный 0, а также, недостаточный диапазон регулирования тока активной нагрузки и недостаточная информация, получаемая в процессе испытаний.
В качестве прототипа выбран программируемый блок имитации постоянной нагрузки, описанный в полезной модели RU 50317, который содержит несколько нагрузочных модулей, подключенных параллельно к тестируемой системе электроснабжения, и блок управления комплексом, в качестве которого может выступать программируемый контроллер или ПЭВМ. Указанные нагрузочные модули являются модулями разных видов нагрузки: модуль постоянной нагрузки, модуль комплексной нагрузки, модуль импульсной нагрузки и модуль переменной (синусоидальной) нагрузки. При этом, постоянные составляющие нагрузок модуля комплексной нагрузки, модуля импульсной нагрузки и модуля синусоидальной нагрузки реализуются с использованием модуля постоянной нагрузки.
Модуль постоянной нагрузки в указанном комплексе выполнен в виде, соединенного с тестируемой системой электроснабжения через входной фильтр, повышающего преобразователя, выполненного на основе управляемых ключей и подключенного через выходной фильтр к инвертору, ведомому сетью, блок управления которого соединен с трансформатором, связанным с сетью.
Техническим результатом такого построения комплекса является преобразование энергии постоянного тока системы электроснабжения в энергию переменного тока и передача ее в питающую сеть для повторного использования.
Недостатком данного решения является появление броска тока в модуле постоянной нагрузки в первый момент работы, при появлении команды на включение от ПЭВМ. В результате такого переходного процесса происходит ложное срабатывание защиты по максимальному току, либо выходят из строя силовые транзисторы преобразователей модуля постоянной нагрузки.
Задачей полезной модели является увеличение надежности за счет устранения скачка тока при сбросе энергии в питающую сеть.
Поставленная задача решается тем, что в модуле имитации постоянной нагрузки для испытания систем электроснабжения космических аппаратов, выполненном в виде соединенного с тестируемой системой электроснабжения через входной фильтр нагрузочного модуля, представляющего собой преобразователь на основе управляемых ключей с выпрямителем и выходным фильтром, подключенного к инвертору, ведомому сетью, а также внешнего контроллера и блока управления инвертором, нагрузочный модуль подключен к инвертору через релейный ограничитель тока, содержащий включенный на входе конденсатор, последовательно с которым соединен ключевой элемент, диод, включенный параллельно конденсатору, и соединенные последовательно с ключевым элементом датчик тока и дроссель, при этом, выход датчика тока соединен с устройством отрицательной обратной связи, на один из входов которого подана уставка по току, а выход его связан с блоком управления ключевым элементом, сигнал с выхода которого подается на управляющий вход ключевого элемента.
Такая структура выполнения позволяет контролировать переходные процессы, возникающие в первый момент работы модуля постоянной нагрузки путем регулирования ширины импульсов, поступающих на ключевой элемент, избегая аварийных отключений всей системы, и не допуская повреждения транзисторов преобразователей.
Далее сущность технического решения поясняется с помощью рисунка, на котором представлена блок-схема модуля имитации постоянной нагрузки для испытаний систем электроснабжения.
Модуль имитации постоянной нагрузки для испытания системы электроснабжения 1 состоит из входного фильтра 2, нагрузочного модуля 3, подсоединяемого параллельно к тестируемой системе, и состоящего из повышающего преобразователя 4 выпрямителя 5 и выходного фильтра 6. Указанный нагрузочный модуль подключен через релейный ограничитель тока 7 к инвертору 8, ведомому сетью, а также блока управления 9 инвертором 8.
Релейный ограничитель тока 7 состоит из входного помехоподавляющего конденсатора 10, ключевого элемента 11, обратного диода 12, датчика тока 13 и дросселя 14. Выход датчика тока 13 соединен с одним из входов устройства отрицательной обратной связи 15, на другой вход которого подается уставка по току, а его выход соединен с входом блока управления 16, выход которого связан с управляющим входом ключевого элемента 11. Инвертор 8 представляет собой трехфазный мостовой инвертор, ведомый сетью, 9 - схема управления инвертором 8. Работой нагрузочного модуля управляет внешний контроллер 17.
При включении в работу модуля постоянной нагрузки по сигналам внешнего контроллера 17, выходное напряжение тестируемой системы электроснабжения 1 подается на. входной фильтр 2, необходимый для устранения помех импульсных преобразователей, и поступает на вход модуля постоянной нагрузки 3, содержащего повышающий преобразователь 4, выпрямитель 5 и фильтр 6. Внешний контроллер 17 по заданной программе выдает импульсы управления на ключи повышающего преобразователя 4, имитируя необходимые нагрузочные токи. Выходной фильтр 6 отсекает прохождение пульсаций, вносимых работой инвертора, в тестируемую систему электроснабжения 1. Далее высокое постоянное напряжение, поступает на релейный ограничитель тока 7. Высокочастотные помехи подавляются конденсатором 10. Одновременно на один вход устройства отрицательной обратной связи 15 поступает уставка по току, и на другой вход -величина тока с выхода датчика тока 13. В зависимости от выходного сигнала с устройства 15 блок управления 16 регулирует коммутацию ключа 11, таким образом, регулируя броски тока в цепи. Дроссель 14 и диод 12 обеспечивают непрерывное протекание тока во входной цепи инвертора 8 в моменты запирания ключа 11. В результате, на ведомый сетью инвертор 8 поступает ток, максимальное значение которого ограничено величиной уставки, которая определяется мощностью системы имитации нагрузочных токов. Управление инвертором 8 осуществляется от блока управления 9. Преобразованное инвертором 8 напряжение возвращается в питающую сеть. Такое построение позволяет вторично использовать основную часть энергии входного источника 1, а не рассеивать ее в пространстве, при этом, исключая большие скачки тока, избегая аварийных отключений всей системы, и не допуская повреждения транзисторов преобразователей.
По этому каналу передается энергия имитации постоянной нагрузки, а также постоянные составляющие импульсной и комплексной нагрузок, так как эти составляющие реализуются через модуль постоянной нагрузки 3, как это было показано в описании к полезной модели RU 50317.