Методика нахождения емкости фотопреобразователя по переходным процессам

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

В модели рассматриваются три грани куба, который может поворачиваться в двух плоскостях. Моделирование показало, что в зависимости от ориентации микроспутника, мощность может изменяться почти в 2 раза.

Анализ существующих типов аккумуляторов показал, что для микроспутника целесообразно использовать один из двух типов аккумуляторов: никель-кадмиевые или литий-ионные. Выбор в пользу последних был сделан вследствие того, что они имеют большее рабочее напряжение, большую плотность энергии и характеризуются отсутствием эффекта памяти. Модуль заряда литий-ионных аккумуляторов состоит из: блока управления зарядом аккумуляторов, блока контроля состояния, передающего информацию о состоянии аккумуляторов микроконтроллеру, блока защиты по току и напряжению.

В докладе предлагается способ построения системы управления электроэнергией, в основу которого положен контроль напряжения на шине питания и управление током заряда аккумуляторов.

Принцип работы системы управления электроэнергией заключается в постоянном слежении за напряжением на шине питания. При появлении спутника на освещенной стороне орбиты, напряжение начинает возрастать, и система управления периодически тестирует нагрузочную способность СБ. Как только вырабатываемой мощности станет достаточно для питания спутника, система управления электроэнергией переведет все системы на питание от солнечных батарей. После этого система управления будет обеспечивать наибольший требуемый ток зарядки аккумуляторов, одновременно следя, чтобы напряжение на шине питания не опустилось до определенного порога. Автоматическая подстройка тока заряда будет производиться до тех пор, пока спутник не зайдет в тень Земли. Структурная схема системы управления электроэнергией приведена на рис. 2.

© Гаврилов В. М., Селюжицкий Д. А., Кудрявцев И. А., 2010

УДК 621.382

А. В. Карпенко Научный руководитель - А. Б. Базилевский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

МЕТОДИКА НАХОЖДЕНИЯ ЕМКОСТИ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПО ПЕРЕХОДНЫМ ПРОЦЕССАМ

Рассматриваются методы экспериментальных исследований динамических характеристик фотоэлектрических преобразователей, методы исследования емкости и ее влияние на динамические характеристики.

При разработке системы электропитания космического аппарата (КА) применяют два типа стабилизаторов напряжения. Шунтовой стабилизатор с балластным резистором или шунтовой стабилизатор без балластного типа (ШСБТ). В настоящее время ШСБТ считается более перспективным в использовании что является оправданным при использовании многокаскадных фотопреобразователей (ФП) обладающих меньшей емкостью в сравнении с однокас-кадными (так как их емкость меньше однокаскад-ных). При разработке системы электропитания космического аппарата, в состав которой входит ШСБТ, решающее значение имеют динамические свойства первичного источника питания (солнечного элемента). Что вызвано необходимостью ограничения тока через ключи стабилизатора.

Динамические характеристики первичного источника тока включают в себя емкость, индуктивность солнечного элемента и кабельной линии КА. Индуктивность кабельной линии определяется геометрией КА и солнечных панелей. Емкость солнечного элемента определяется типом фотопреобразователя и его режимом работы.

Для оценки емкости солнечного элемента существует несколько методов анализа.

Частотный метод основан на получении логарифмической частотной характеристики системы, при введении управляемой нагрузкой возмущающе-

го «малого» сигнала, амплитуда которого много меньше напряжения в текущей точке, в диапазоне от холостого хода до короткого замыкания.)

Резонансный метод. Метод основан на резонансе ЬС контура ФП. Индуктивность включенная последовательно с ФП образует с емкостью ФП резонансный ЬС^-контур, что позволяет вычислить искомую величину емкости.

Временной анализ основан на переходных процессах (IIII) вызванных скачкообразным изменением тока нагрузки ФП.

Частотный метод и резонансный метод применимы как к световым, так и к темновым характеристикам однокаскадных ФП так как для них имеет место однозначное соответствие. Для многокаскадных ФП такого соответствия нет, в связи с чем возникает необходимость использования метода временного анализа.

В данной работе рассматривается метод, основанный на временном анализе. Нетривиальность задачи нахождения величины емкости заключается в том, что емкость ФП не является постоянной величиной, а ее величина зависит от положения рабочей точки на ВАХ ФП (напряжения ФП), что подтверждается в [3, с. 127].

В качестве схемы замещения солнечного элемента используется схема представленная в [2, с. 23]. Представив диод нелинейным сопротивлением находим дифференциальное уравнение описывающие

Секция «Автоматика и электроника»

данную цепь. Решение данного дифференциального уравнения относительно емкости является решением поставленной задачи.

Итерационный метод Ньютона представлен уравнением (1).

AU = UK + (UH - UK )e

R. R

R + R Д

C.

Исходными данными для методики нахождения емкости временным методом методики являются экспериментальных данные представленные в виде массива точек: ВАХ ФП; реакция системы на изменение тока нагрузки (ПП).

Для получения экспериментальных данных реакции системы на изменение нагрузки необходимо во время облучения ФП световым потоком, спектр которого соответствует спектру солнечного излучения на околоземной орбите (AM0) производить изменение тока нагрузки.

Алгоритм определения емкости: Получая величину сопротивления диода от напряжения по ВАХ

ФП и решая дифференциальное уравнение относительно емкости, с помощью методов оптимизации, выбираем зависимость емкости, наиболее точно описывающую искомую величину.

Данный алгоритм реализован с помощью программных средств MATHCAD и MATHLAB.

Библиографические ссылки

1. Baur C., Bett A. W. MODELLING OF III-V MULTI-JUNCTION CELS BASED ON SPECTROMIC CHARACTERISATION. Proc of 20h European Photovoltaic Solar Energy Conference. 2005. Р. 183-186.

2. Раушенбах Г. Справочник по проектированию солнечных батарей / под ред. М. Колтуна. М. : Энергоатомиздат, 1983.

3. Measurement of solar cell AC parameters using Impedance Spectroscopy by R Anil Kumar. Department of Instrumentation lNDlAN lNSTlTUTE 0-F SCIENC BANGALORE-560 012, INDIA 2000.

© Карпенко А. В., Базилевский А. Б., 2010

УДК 621.373

Е. А. Копылов Научный руководитель - Е. А. Мизрах Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ

СИСТЕМ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Описаны характеристики разработанного генератора для проведения устойчивости оборудования к импульсным помехам.

Генератор импульсных сигналов предлагается использовать при наземных испытаниях бортовых электротехнических систем КА в условиях воспроизведения помеховой обстановки в линиях электропитания.

Генератор разработан для использования в экранированном помещении, для проведения испытаний

на кондуктивную восприимчивость (переходные процессы). Включается генератор параллельно или последовательно с нагрузкой. Выходные соединители PARALLEL предназначены для инжекции импульса параллельно нагрузке, а выходные соединители SERIES - для последовательного соединения при инжекции.

Рис. 1. Положительный импульс генератора амплитудой 15 В на нагрузке 3 Ома

Рис. 2. Отрицательный импульс генератора амплитудой 15 В на нагрузке 3 Ома