СПОСОБ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ Российский патент 2006 года по МПК H02J7/34 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при создании и эксплуатации автономных систем электропитания, преимущественно ИСЗ.

В настоящее время в космической технике идет процесс создания связных спутников земли с большой выходной мощностью (10-25 кВт) и длительным (10-15 лет) ресурсом работы.

Эта задача, в отношении автономной системы электропитания ИСЗ, может быть решена только при условии повышения эффективности использования первичных источников электроэнергии (преимущественно солнечных батарей), вторичных источников электроэнергии (преимущественно аккумуляторных батарей) и совершенствования системы автоматики, согласующей работу указанных источников с обеспечением стабильного напряжения на входах потребителей электроэнергии.

Известны способы питания нагрузки постоянным, стабильным напряжением, реализуемые системами питания нагрузки постоянным током, описанными в «Системы электропитания космических аппаратов», Новосибирск, ВО "Наука", 1994 г. [1].

Известные способы питания нагрузки постоянным током предусматривают стабилизацию напряжения от первичного источника ограниченной мощности (солнечной батареи) на нагрузке стабилизированными преобразователями различного типа.

Наиболее близким техническим решением является способ питания нагрузки постоянным током, описанный в авторском свидетельстве №1771037, который выбран в качестве прототипа.

Известный способ предусматривает выбор выходного напряжения первичного источника ограниченной мощности (солнечной батареи) по максимально допустимому уровню входного напряжения стабилизированного преобразователя.

Недостатком известного способа является то, что имеющееся ограничение максимальным уровнем входного напряжения стабилизированного преобразователя не позволяет в полной мере эффективно использовать первичный источник ограниченной мощности при длительном ресурсе работы ИСЗ.

При деградации, в процессе эксплуатации ИСЗ, напряжения первичного источника ниже допустимого уровня имеющуюся энергию первичного источника ограниченной мощности уже невозможно будет использовать. В результате ИСЗ не сможет выполнять свои целевые функции.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности использования первичного источника ограниченной мощности. В конечном итоге, это повышение ресурсных возможностей ИСЗ.

Поставленная цель достигается тем, что в цепи первичного источника ограниченной мощности формируют дополнительный источник напряжения, причем включение дополнительного источника напряжения в работу производят при снижении напряжения солнечной батареи на величину не менее напряжения дополнительного источника. Кроме того, величину напряжения дополнительного источника регулируют исходя из условия не превышения суммарного значения напряжения солнечной батареи и напряжения дополнительного источника величины максимального входного напряжения стабилизированного преобразователя.

Суть предлагаемого способа поясняется устройством на фиг.1, реализующим этот способ, на которой приведена функциональная схема автономной системы электропитания ИСЗ.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит солнечную батарею 1, подключенную к нагрузке 2 через преобразователь напряжения 3, аккумуляторную батарею 4, подключенную через зарядный преобразователь 5 к солнечной батарее 1, а через разрядный преобразователь 6 к входу выходного фильтра преобразователя напряжения 3. Кроме того, в цепи первичного источника ограниченной мощности установлен дополнительный источник напряжения (вольтодобавочный элемент) 7, а нагрузка 2 в своем составе содержит бортовую ЭВМ, устройство телеметрии и командно-измерительную радиолинию.

Вольтодобавочный элемент 7 состоит из регулирующего ключа Т5, управляемого схемой правления 8, вольтодобавочного узла, выполненного на трансформаторе Тр2 (Тр2.1 и Тр2.2), транзисторах Т3 и Т4, выпрямителя на диодах D3 и D4 и шунтирующего диода Д5.

Зарядный преобразователь 5 состоит из регулирующего ключа 9, управляемого схемой управления 10, вольтодобавочного узла, выполненного на трансформаторе Тр1, транзисторах Т1 и Т2, выпрямителя на диодах D1 и D2.

Разрядный преобразователь 6 состоит из регулирующего ключа 11, управляемого схемой управления 12.

Преобразователь напряжения 3 состоит из регулирующего ключа 13, управляемого схемой управления 14, входного фильтра С1 и выходного фильтра на диоде D, дросселе L и конденсаторе С.

Схемы управления преобразователей 10, 12, 14 и 8 выполнены в виде широтно-импульсных модуляторов, входом подключенных к шинам стабилизируемого напряжения и имеющих обратные связи по току ограничения.

Устройство работает следующим образом. В процессе эксплуатации аккумуляторная батарея 4 работает в режиме хранения и периодических дозарядов от солнечной батареи 1 через зарядный преобразователь 5. Такой режим работы позволяет содержать ее в постоянной готовности на случай потери ориентации ИСЗ на Солнце или прохождения теневых участков орбиты.

Питание нагрузки 2 осуществляется при этом от солнечной батареи 1 через вольтодобавочный элемент 7 и преобразователь напряжения 3.

При прохождении теневых участков орбиты либо при нарушении ориентации нагрузка 2 питается от аккумуляторной батареи 4 через разрядный преобразователь 6.

На начальном этапе эксплуатации ИСЗ, когда напряжение солнечной батареи достаточно высокое, вольтодобавочный элемент 7 выключен и питание нагрузки 2 от солнечной батареи 1 идет через шунтирующий диод Д5.

При снижении в процессе эксплуатации ИСЗ напряжения солнечной батареи 1 до нижнего уровня (на освещенном участке орбиты) вольтодобавочный элемент 7 включают по радиокоманде с Земли либо автоматически по команде с бортовой ЭВМ по заранее заложенной программе. При этом суммарное напряжение солнечной батареи 1 и вольтодобавочного элемента 7 не будет превышать максимальное входное напряжение преобразователя напряжения 3, величина вольтодобавки будет максимальной, в противном случае величина вольтодобавки будет ограничена транзистором Т5, управляемым схемой управления 8, либо вольтодобавочный элемент может быть выключен.

Таким образом, питание нагрузки постоянным током от источника ограниченной мощности (солнечной батареи) будет обеспечиваться при высоком напряжении (источник ограниченной мощности плюс вольтодобавка) на входе стабилизированного преобразователя, что позволяет повысить эффективность использования первичного источника ограниченной мощности и в итоге повысить ресурсные возможности ИСЗ в целом.

Предлагаемый способ питания нагрузки постоянным током прошел опытную отработку и запланирован к внедрению на ИСЗ разработки и изготовления предприятия.

Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при создании и эксплуатации автономных систем электропитания, преимущественно ИСЗ. Предлагается способ питания нагрузки постоянным током через стабилизированный преобразователь от источника ограниченной мощности, например солнечной батареи, с выходным напряжением, близким величине максимального входного напряжения стабилизированного преобразователя, заключающийся в стабилизации напряжения на нагрузке стабилизированным преобразователем. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности использования первичного источника ограниченной мощности. В конечном итоге - это повышение ресурсных возможностей ИСЗ. Технический результат достигается тем, что в цепи первичного источника ограниченной мощности формируют дополнительный источник напряжения, причем включение дополнительного источника напряжения в работу производят при снижении напряжения солнечной батареи на величину не менее напряжения дополнительного источника. Кроме того, величину напряжения дополнительного источника регулируют, исходя из условия не превышения суммарного значения напряжения солнечной батареи и напряжения дополнительного источника величины максимального входного напряжения стабилизированного преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ питания нагрузки постоянным током через стабилизированный преобразователь от источника ограниченной мощности, например солнечной батареи, с выходным напряжением, близким величине максимального входного напряжения стабилизированного преобразователя, заключающийся в стабилизации напряжения на нагрузке стабилизированным преобразователем, отличающийся тем, что в цепи первичного источника ограниченной мощности формируют дополнительный источник напряжения, причем включение дополнительного источника напряжения в работу производят при снижении напряжения солнечной батареи на величину не менее напряжения дополнительного источника.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину напряжения дополнительного источника регулируют, исходя из условия не превышения суммарного значения напряжения солнечной батареи и напряжения дополнительного источника величины максимального входного напряжения стабилизированного преобразователя.