CC BY
116
УДК 629.7.064.52
ДВУНАПРАВЛЕННЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ИМИТАТОРА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ*
Н. В. Мацук Научный руководитель - Д. К. Лобанов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассмотрен двунаправленный импульсный преобразователь напряжения и имитатор аккумуляторной батареи, построенный на его основе, с рекуперацией энергии в сеть постоянного тока наземного испытательного комплекса. Выполнено моделирование разряда и заряда имитатора аккумуляторной батареи в пакете Micro-Cap.
Ключевые слова: системы электропитания, имитатор, импульсный преобразователь, аккумуляторная батарея, рекуперация.
THE BIDIRECTIONAL SWITCH MODE VOLTAGE CONVERTER FOR BATTARY SIMULATOR
N. V. Matsuk Scientific supervisor - D. K. Lobanov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The bidirectional switch mode voltage converter and battery simulator which was built on its basis with recovering of the energy to the DC ground test facility were considered. The modeling of the discharge and charge the battery simulator is in package Micro-Cap.
Keywords: power supply systems, simulator, switch mode converter, battery, recovery.
Имитатор аккумуляторной батареи (ИАБ), являясь частью наземного испытательного комплекса (НИК), используется для испытания систем электропитания (СЭП) космического аппарата (КА). Особенностью ИАБ является необходимость работы в качестве источника энергии (режим имитации разряда аккумуляторной батареи (АБ)) и в качестве потребителя энергии (режим имитации заряда АБ). Поскольку токи разряда и заряда АБ достигают десятки ампер при напряжении АБ порядка сотни вольт, то для уменьшения тепловыделений и энергосбережения целесообразно использование при эксплуатации НИК методов рекуперации энергии [1].
ИАБ, входящий в состав НИК с рекуперацией энергии в сеть постоянного тока комплекса (рис. 1), содержит: управляемый непрерывный стабилизатор напряжения (УНСН), образованный НРЭ, ДН, УС2, воспроизводящий статические и динамические характеристики АБ. Закон управления для стабилизатора формируется с помощью САЧ и зарядно-разрядной характеристики, заданной в ФП [2]; импульсный стабилизатор тока НРЭ, образованный ИП, УС1 и ДТ1, ограничивающий ток НРЭ, что позволяет уменьшить рассеиваемую мощность УНСН, его габариты и массу [3].
Для упрощения системы управления, улучшения массогабаритных характеристик ИАБ, в работе предлагается использование двунаправленного импульсного преобразователя (ИП), способного преобразовывать энергию в обоих направлениях: как от ВС к ЭПО (режим разряда АБ), так и, наоборот, от ЭПО к ВС (режим заряда АБ). Основу ИП составляет мостовой преобразователь понижающего типа с синхронным выпрямлением.
Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (Соглашение № 14.577.21.0082). Уникальный идентификатор №МБР!57714Х0082.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 1
В ходе работы была спроектирована схема ИАБ и выполнено моделирование ИАБ (рис. 2) с помощью пакета Micro-Cap.
Рис. 1. Структурная схема НИК: ВС - выпрямитель-стабилизатор; ИСБ - имитатор солнечной батареи; ЭПО СЭП КА -электропреобразующее оборудование системы электропитания космического аппарата; НУРТ - нагрузочное устройство рекуперативного типа; ИАБ - имитатор аккумуляторной батареи; ИП - импульсный преобразователь; НРЭ - непрерывный регулирующий элемент; ДТ1, ДТ2 - датчики тока; ДН - датчик напряжения; ФП - функциональный преобразователь; САЧ - счетчик ампер-часов; УС1, УС2 - усилители сумматоры;
иоп - опорное напряжение
Рис. 2. Модель ИАБ, собранная в пакете Micro-Cap
Схема моделирования ИАБ состоит из следующих блоков: ВС; двунаправленный ИП (содержит ключи «Sl-iS^, трансформаторX1, входной фильтр С1, выходной фильтр L2C2); НРЭ (представлен в виде линейных управляемых источников, задаваемых операторным выражением Лапласа, £11, £12 и источником тока G1); зарядно-разрядное устройство ЗРУ (представляет собой импульсный источник напряжения V10 (величина напряжения меняется от 0 до 120 В) с сопротивлением R28, что позволяет моделировать и режим разряда, и режим заряда аккумуляторной батареи); система управления НРЭ (содержит САЧ и ФП); система управления ИП.
ИАБ в режиме имитации заряда АБ осуществляет рекуперацию энергии в сеть постоянного тока НИК с коэффициентом рекуперации порядка 60 % (рис. 3, г).
Важным свойством для ИАБ является точность воспроизведения зарядно-разрядной характе-ристки АБ (рис. 4, а).
Рис. 3. Переходные процессы в режиме разряда и заряда: а - напряжение на выходе ИАБ; б - ток на выходе ИАБ; в - ток через НРЭ; г - коэффициент рекуперации
Рис. 4. Результаты моделирования ИАБ: а - разрядные характеристики; б - относительная ошибка воспроизведения характеристики
Таким образом, ИАБ, в состав которого входит предложенный двунаправленный импульсный преобразователь напряжения, имитирует заряд и разряд АБ с ошибкой воспроизведения зарядно-разрядной характеристики не более 1 % (рис. 4).
Библиографические ссылки
1. Лобанов Д. К., Мизрах Е. А. Энергосберегающее нагрузочное устройство для испытаний систем электропитания постоянного тока // Вестник СибГАУ. 2010. № 6(32). С. 56-60.
2. Волочаев М. Н., Мизрах Е. А. Имитатор разрядных характеристик аккумуляторной батареи для испытания систем энергоснабжения космических аппаратов // Студент и научно-технический прогресс : материалы 51-й Междунар. науч. студ. конф. (12-18 апреля 2013, г. Новосибирск) ; Новосибирский гос. ун-т. Новосибирск, 2013. С. 39.
3. Лобанов Д. К., Мизрах Е. А. Нагрузочное устройство рекуперативного типа с улучшенными динамическими характеристиками // Вестник СибГАУ. 2012. № 4(44). С. 14-23.
© Мацук Н. В., 2015
