UDK 621.316.722 Doi: 10.31772/2587-6066-2020-21-3-400-408
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ ИМИТАЦИОННО-НАТУРНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Д. К. Лобанов, Е. А. Мизрах, Л. А. Самотик, С. Б. Ткачев, Н. В. Штабель
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева; Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
В работе рассмотрен автоматизированный энергосберегающий имитационно-натурный комплекс, предназначенный для наземных испытаний систем электропитания космических аппаратов. Комплекс позволяет имитировать работу солнечной батареи, аккумуляторной батареи и бортовой нагрузки. Отличительной особенностью комплекса является комбинирование непрерывных и импульсных методов управления и использование рекуперации потребленной энергии в собственную сеть постоянного тока с целью повышения динамической точности и повышения коэффициента полезного использования энергии. Также рекуперация в сеть постоянного тока снижает энергопотребление комплекса, что при использовании источника бесперебойного питания (ИБП) позволяет увеличить время работы комплекса от аккумуляторов ИБП. В статье рассматриваются вопросы повышения динамической точности и снижения энергопотребления при проведении наземных электрических испытаний систем электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА). В ходе наземных электрических испытаний СЭП КА возникают следующие задачи: – необходимо достаточно адекватно воспроизводить статические и динамические свойства как источников энергии СЭП КА, так и потребителей; – при энергонагружении СЭП и имитации заряда бортовой аккумуляторной батареи (АБ) необходимо утилизировать потребленную энергию. Статья представляет собой описание автоматизированного энергосберегающего имитационно-натурного комплекса (ЭИНК), структур его подсистем, экспериментальное подтверждение характеристик. Приведен внешний вид ЭИНК. Промышленно выпускаемые имитационно-натурные комплексы, как правило, используют непрерывные или импульсные методы управления. Использование непрерывных методов управления снижает коэффициент полезного использования энергии, поскольку относительно большая часть энергии рассеивается в виде тепла на регулирующих элементах, а также приводит к увеличению массогабаритных показателей из-за необходимости применения теплоотводов. Это затрудняет создание мощных имитационно-натурных комплексов. Использование импульсных методов управления обеспечивает высокое значение коэффициента использования энергии, однако не позволяет получить высокого быстродействия и адекватного воспроизведения быстропротекающих процессов реальных устройств. В данной статье рассмотрено комбинирование непрерывных и импульсных методов управления, что позволяет объединить их преимущества. Для утилизации избыточной энергии в промышленно выпускаемых имитационно-натурных комплексах используется или рассеивание энергии в виде тепла или рекуперация в промышленную сеть переменного тока. Сброс избыточной энергии в виде тепла снижает коэффициент полезного использования энергии, приводит к повышению температуры в помещении (при испытании мощных СЭП), может потребовать систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Рекуперация энергии в сеть переменного тока лишена этих недостатков. Однако она требует согласования параметров рекуперируемой энергии с требованиями промышленной сети посредством ведомых сетью инверторов, что приводит к ухудшению массогабаритных показателей комплекса. Кроме того, рекуперация в сеть переменного тока затруднена при аварийном отключении сети. Это может привести к срыву длительных испытаний. В данной статье рассмотрен метод рекуперации избыточной энергии в собственную сеть постоянного тока комплекса. При этом снижается энергопотребление комплекса, что при использовании источников бесперебойного питания (ИБП) повышает время работы ЭИНК от аккумуляторов ИБП при аварийном отключении сети переменного тока. В выводах статьи подчеркивается, что разработанный ЭИНК обладает следующими преимуществами: – возможность уменьшения мощности источника электропитания комплекса минимум в два раза; – сохранение работоспособности и увеличение длительности работы от источника бесперебойного питания при отключении промышленной сети переменного напряжения; – существенное уменьшение массы и габаритов составных частей ЭИНК.
Ключевые слова: имитатор солнечной батареи, имитатор аккумуляторной батареи, нагрузочное устройство, система электропитания, энергосбережение.
References

1. Keysight E4350B, E4351B Modular Solar Array Simulators Datasheet [Электронный ресурс]. URL: https://www.keysight.com/ru/pc-1000000530%3Aepsg%3Apgr/e4350b-e4351b-solar-array-simulators?nid=-32610.0.00&cc=RU&lc=rus. (дата обращения 02.03.2020).
2. Elgar Solar Array Simulator [Электронный ресурс]. URL: https://www.powerandtest.com/power/engineered-systems/solar-array-simulator (дата обращения 02.03.2020).
3. Development of a fully automated PV array simulator of 100 kW / H. Haeberlin, L. Borgna, D. Gfeller, P. Schaerf, U. Zwahlen // 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Valencia, Spain, Sept. 2008
4. Development of a photovoltaic array emulator system based on a full-bridged structure / G. Martín-Segura, J. López-Mestre, M. Teixidó-Casas, A. Sudrià-Andreu // Electrical Power Quality and Utilisation (EPQU) 9th International Conference on. 2007. Vol. 4, Iss. 2. P. 1–6.
5. Пат 159208 РФ. МПК G01R 31/00. Комплекс для наземных испытаний систем электропитания космических аппаратов / Мизрах Е. А., Балакирев Р. В., Лобанов Д. К., Ткачев С. Б., Федченко А. С. (RU) № 2015145047/28 ; заяв. 20.10.15 ; опубл. 10.02.16, Бюл. No 4.
6. Пат 2635897 РФ. МПК G06G 7/48. Электрический имитатор аккумуляторной батареи с защитой по току и напряжению и устройство защиты электрического имитатора аккумуляторной батареи / Мизрах Е. А., Лобанов Д. К., Пойманов Д. Н., Балакирев Р. В., Копылов Е. А., Штабель Н. В. (RU) № 20161489828 ; заяв. 13.12.16 ; опубл. 16.11.17, Бюл. No 32.
7. Elgar Battery String Simulators [Электронный ресурс]. URL: https://www.powerandtest.com/power/ engineeredsystems/battery-string-simulator (дата обращения 02.03.2020).
8. Keysight E4360 Modular Solar Array Simulators [Электронный ресурс]. URL: https://www.keysight.com/ru/pc-1367756/e4360-modular-solar-array-simulators?pm=LB&nid=-4612.0&c=181710.i.1&to=79830.g.0&cc= RU&lc=rus (дата обращения 02.03.2020).
9. Keysight E4360 Modular Solar Array Simulators [Электронный ресурс]. URL: https://www.keysight.com/ru/pc-1367756/e4360-modular-solar-array-simulators?pm=LB&nid=-34612.0&c=181710.i.1&to=79830.g.0&cc=RU&lc=rus (дата обращения 02.03.2020).
10. Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики ТУСУР. Блок имитации литийионной аккумуляторной батареи БИАБ-200ЛИ. [Электронный ресурс]. URL: http://niiaem.tomsk.ru/product/biab/biab-200li.html (дата обращения 02.03.2020).
11. Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики ТУСУР. [Электронный ресурс]. URL: http://niiaem.tomsk.ru/product/ibs/ibs-200.htm (дата обращения 02.03.2020).
12. Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики ТУСУР. Блок имитации нагрузки БИН-100 [Электронный ресурс]. URL: http://niiaem.tomsk.ru/product/in/bin-100.html (дата обращения 02.03.2020).


Лобанов Дмитрий Константинович – кандидат технических наук, доцент кафедры систем автоматического управления; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: u649@yandex.ru
Мизрах Енис Аврумович – кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры систем автоматического управления; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: enis-home@mail.ru.
Самотик Людмила Аркадьевна – аспирант, инженер научно-исследовательского управления; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: antikodona@gmail.com.
Ткачев Степан Борисович – магистрант, ведущий инженер; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: antikodona@gmail.com.
Штабель Николай Владимирович – магистрант, ведущий инженер; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: shtabnik@gmail.com.


  ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ ИМИТАЦИОННО-НАТУРНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ