Энергосберегающий имитационно-натурный комплекс для электрических испытаний систем электропитания космических аппаратов

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.