Автономная система электроснабжения

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электроснабжения (СЭС) космических аппаратов. Автономная система электроснабжения включает в себя n источников энергии, подключенных к соответствующим регуляторам, каждый из которых содержит связанный с источником энергии регулирующий орган, соединенный с ним через блок управления регулирующим органом сумматор и датчик напряжения нагрузки, выход каждого из которых связан с соответствующими входами сумматоров каждого регулятора. Дополнительно в нее введен блок суммирования потоков энергии от всех регуляторов, содержащий положительную и отрицательную шины, низкочастотный фильтр и защитные устройства, при этом входы датчиков напряжения нагрузки подключены через защитные устройства и указанные шины к низкочастотному фильтру, а выходы регуляторов подключены к соответствующим разноименным шинам блока суммирования потоков энергии, выходы которого служат выходными выводами автономной системы электроснабжения. Также в автономную СЭС между одной из шин блока суммирования потоков энергии и выходом регулятора может быть введен блок электронной защиты цепи от превышения по величине и времени тока, вход которого соединен с выходом регулирующего органа соответствующего регулятора, причем каждый регулятор выполнен с ограничением по выходному (входному) току. Предусмотрено выполнение блока электронной защиты на МДП-транзисторе. Предлагаемая автономная СЭС обладает высокой стабильностью напряжения у потребителя, способностью адаптироваться к изменяющимся режимам работы при сохранении основных функций СЭС и высокой надежности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электроснабжения (СЭС) космических аппаратов.

Известны модульные структуры автономных СЭС с бескоммутационной развязкой шин источников энергии и шин питания нагрузки, в которых источники энергии подключены к нагрузке через соответствующие регуляторы [1, 2, 3]. К недостаткам таких СЭС относятся ограниченная возможность дискретного наращивания количества параллельных цепей "источник энергии - регулятор - нагрузка" для увеличения мощности СЭС и зависимость точности стабилизации напряжения на нагрузке от количества работающих источников энергии по причине наличия в СЭС длинной разветвленной кабельной сети, не охваченной отрицательными обратными связями датчиков напряжения нагрузки.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой системе является автономная система электропитания (СЭП) [4], принятая за прототип.

Автономная СЭП содержит n источников питания, подключенных к выходным выводам через соответствующие регуляторы, каждый из которых содержит блок управления регулирующим органом регулятора, вход которого через блок суммирования связан с выходами датчиков рассогласования.

В такой СЭП защита шин нагрузки от перегрузки и коротких замыканий со стороны источников энергии обычно осуществляется с помощью предохранителей в силовых цепях регулирующих органов регуляторов.

Основными недостатками прототипа являются:

1) возникновение электрической дуги в предохранителях защитного отключения при работе системы в условиях космоса и при напряжениях источников питания свыше 100 В, что снижает надежность и срок эксплуатации СЭП;

2) невозможность отключения напряжения от цепи при замене неисправного прибора или источника.

Задачей, на решение которой направлено создание заявляемой автономной системы электроснабжения, является расширение ее функциональных возможностей и повышение срока эксплуатации за счет обеспечения возможности дискретного наращивания мощности и коммутации шин для подключения источников энергии, а также повышение стабильности выходного напряжения и обеспечение устойчивости СЭС как многосвязной системы автоматического регулирования.

Поставленная задача решается тем, что в автономную систему электроснабжения, включающую n источников энергии, подключенных к соответствующим регуляторам, каждый из которых содержит связанный с источником энергии регулирующий орган, соединенный с ним через блок управления регулирующим органом сумматор и датчик напряжения нагрузки, выход каждого из которых связан с соответствующими входами сумматоров, дополнительно введен блок суммирования потоков энергии от всех регуляторов, содержащий положительную и отрицательную шины, низкочастотный фильтр и защитные устройства, при этом входы датчиков напряжения нагрузки подключены через защитные устройства и указанные шины к низкочастотному фильтру, а выходы регуляторов подключены к соответствующим разноименным шинам блока суммирования потоков энергии, выходы которого служат выходными выводами автономной системы электроснабжения. Также в автономную СЭС между одной из шин блока суммирования потоков энергии и выходом регулятора может быть введен блок электронной защиты цепи от превышения по величине и времени тока, вход которого соединен с выходом регулирующего органа соответствующего регулятора, причем каждый регулятор выполнен с ограничением по выходному (входному) току. Блок электронной защиты может содержать МДП-транзистор, датчик тока и схему управления МДП-транзистором, выход которой подключается к затвору МДП-транзистора, а ее измерительные входы соединяются с измерительными выводами датчика тока, включаемого между входом блока электронной защиты и истоком указанного транзистора, сток которого подключается ко входу схемы управления и выходу блока электронной защиты, при этом управляющий вход схемы управления используется для подачи внешнего сигнала управления.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемой автономной СЭС для n=2. Она содержит источники энергии 1, регуляторы 2, положительные выходы которых подключены через блоки электронной защиты 3 к положительной шине 4 блока суммирования потоков энергии 5.

Отрицательные выходы источников энергии 1 подключены через регуляторы 2 к отрицательной шине 6 блока суммирования потоков энергии 5.

Положительная шина 4 и отрицательная шина 6 блока суммирования потоков энергии 5 соединены с нагрузкой 7, которая подключена к выходным выводам 20, 21 автономной СЭС.

Каждый регулятор 2 содержит регулирующий орган 8, блок управления регулирующим органом 9, сумматор 10 и датчик напряжения нагрузки (датчик рассогласования) 11.

Выходы датчиков напряжения нагрузки 11 подключены к входам сумматоров 10 всех регуляторов 2, а входы через защитные устройства, например, резисторы 12, 13 - соответственно к положительной 4 и отрицательной 6 шинам в точках регулирования 17 и 18, к которым подключен низкочастотный фильтр 19.

Блок электронной защиты 3 содержит МДП-транзистор 14 с внутренним диодом, датчик тока 15 и схему управления 16 МДП-транзистором.

Автономная СЭС с блоками электронной защиты, выполненными на МДП-транзисторах, работает следующим образом. После получения разрешения на включение, регуляторы 2 формируют потоки энергии, которые через внутренние диоды МДП-транзисторов 14 поступают на шины 4 и 6 блока суммирования потоков энергии 5 и через резисторы 12, 13 - в датчики напряжения нагрузки 11. Получая отрицательную обратную связь, регуляторы 2 поддерживают стабильным напряжение на шинах 4 и 6 в точках регулирования 17 и 18.

Поскольку падения напряжения в силовых кабелях связи регуляторов 2 и силовых цепях блоков электронной защиты 3 охвачены обратной связью через датчики напряжения нагрузки 11, изменения потоков энергии от регуляторов 2 (в том числе и обратное прохождение энергии от шин 4 и 6) на стабильности выходного напряжения не сказывается.

Получив питание с катода диода МДП-транзистора 14, схема управления 16 формирует управляющий сигнал на открывание МДП-транзистора 14, который, открывшись, своим переходом сток-исток шунтирует внутренний диод МДП-транзистора 14, уменьшая потери в блоке электронной защиты 3.

При возникновении на выходе регулятора 2 перегрузки или короткого замыкания (в кабеле или в регулирующем органе регулятора 2) МДП-транзистор 14 через обратную связь с датчика тока 15 сначала ограничивает на заданном уровне ток, вытекающий с шины 4, а затем через заданное время схема управления 16 запирает МДП-транзистор, защищая таким образом силовые шины 4 и 6 от перегрузки. Поскольку регулятор 2 выполнен с ограничением по выходному (входному) току, то этот режим (при наличии короткого замыкания выхода) не приводит к большой потере мощности, и для регулятора 2 он допустим.

Таким образом, после анализа причин, вызвавших перегрузку, имеется возможность принять меры по исключению короткого замыкания в СЭС, например, для замены кабеля или регулятора 2 без нарушения функционирования СЭС, с последующим включением данного модуля в работу с помощью внешнего управления блоками электронной защиты 3.

Для исключения перегрузки по цепям обратных связей датчиков напряжения перегрузки 11 последовательно включены резисторы 12 и 13. Низкочастотный фильтр 19 в блоке суммирования потоков энергии 5 с этой же целью выполняется глубоко резервированным за счет параллельно-последовательного соединения конденсаторов; тем самым исключается перегрузка шин 4 и 6 и возможность возникновения дугового разряда.

Таким образом, предлагаемая автономная СЭС обладает высокой стабильностью напряжения у потребителя и способностью адаптироваться к изменяющимся режимам работы при сохранении основных функций СЭС и высокой надежности.

В настоящее время на предприятии ФНПЦ ЗАО НПК(О) "Энергия" предлагаемая автономная система электроснабжения внедрена в производство в составе выпускаемой продукции. Испытания и эксплуатация у потребителей подтвердили ее высокие технические характеристики.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР 970346, кл. G 05 F 1/64, Н 02 Р 13/16, опубл. 05.11.82, БИ 40.

2. Авторское свидетельство СССР 1108563, кл. Н 02 J 7/34, опубл. 15.08.84, БИ 30.

3. Патент РФ 2035109, кл. Н 02 J 7/35, опубл. 10.05.95, БИ 13.

4. Патент РФ 2152069, кл. Н 02 J 7/34, опубл. 27.06.2000, БИ. 18 (прототип).

Формула изобретения

1. Автономная система электроснабжения, включающая n источников энергии, подключенных к соответствующим регуляторам, каждый из^: которых содержит связанный с источником энергии регулирующий орган, соединенный с ним через блок управления регулирующим органом сумматор и датчик напряжения нагрузки, выход каждого из которых связан с соответствующими входами сумматоров каждого регулятора, отличающаяся тем, что в состав автономной системы электроснабжения введены блок суммирования потоков энергии от всех регуляторов, содержащий положительную и отрицательную шины, низкочастотный фильтр и защитные устройства, и блоки электронной защиты цепи от превышения по величине и времени тока, при этом входы датчиков напряжения нагрузки подключены через защитные устройства и указанные шины к низкочастотному фильтру, выход регулирующего органа каждого регулятора подключен через блок электронной защиты цепи от превышения по величине и времени тока к одной из шин блока суммирования потоков энергии, каждый регулятор выполнен с ограничением по выходному (входному) току, выходы блока суммирования потоков энергии служат выходными выводами автономной системы электроснабжения.

2. Автономная система электроснабжения по п.1, отличающаяся тем, что блок электронной защиты выполнен на МДП-транзисторе, содержит датчик тока и схему управления МДП-транзистором, выход которой подключен к затвору МДП-транзистора, а ее измерительные входы соединены с измерительными выводами датчика тока, включенного между входом блока электронной защиты и истоком указанного транзистора, сток которого подключен ко входу схемы управления и выходу блока электронной защиты, при этом управляющий вход схемы управления предназначен для подачи внешнего сигнала управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 30.06.2010

Дата публикации: 27.08.2011

---