Многомодульный импульсный стабилизатор напряжения при питании от источника тока

• Автор: Алатов, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 159 с. : ил.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА И ПОСТАНОВКА
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Тенденции развития систем электропитания
современных спутников связи
1.2. Топологические решения СЭП
1.3. Обоснование применения в качестве СУ конвертора с силовой цепью повышающего типа и шунтовым
принципом регулирования
1.4. Топологии последовательного стабилизатора с шунтовым принципом регулирования мощности СБ
1.5. Требования к качеству выходного напряжения
современных СЭП
1.6. Обоснование методов синтеза и исследований, определение
задач исследований
Выводы
2. СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО ИСН БТ
2.1. Модель ИСНБТ по регулируемым составляющим процесса
2.2. Синтез закона управления ИСН БТ
2.3. Исследование характеристик ИСН БТ как системы
с амплитудно-импульсной модуляцией
2.3.1. Влияние нагрузки на закон управления
2.3.2. Динамические характеристика! ИСН БТ
2.4. Реализация закона управления в ИСН с ШИМ
2.4.1. Реализациия импульсного закона управления по мгновенным значениям регулируемой
составляющей процесса
2.4.2. Реализации импульсного закона управления дискретным значениям регулируемой составляющей процесса
2.5. Исследование ИСН БТ с ШИМ
2.6. Влияние вариации параметров силовой цепи, устройства управления и первичного источника
на характеристики ИСН БТ
2.7. Влияние внутреннего сопротивления конденсатора фильтра
на закон управления ИСН БТ
2.8. Обеспечения астатизма ИСН БТ по выходному напряжению
2.8.1. Реализация закона управления с использованием наблюдателя напряжения
2.8.2. Определение параметров интегратора сигнала рассогласования
Выводы
3. МНОГМОДУЛЬНЫЙ ИСН БТ
ЗЛ. Реализация импульсных законов управления
в многомодульном ИСН
3.2. Реализация управления силовым модулем многомодульного ИСН по регулируемой составляющей процесса, эквивалентного напряжению на конденсаторе выходного фильтра СМ работающего на индивидуальную нагрузку
3.3. Синтез и реализация закона управления МСН при питании
от одной мощной секции СБ
3.3.1. Влияние разброса параметров силовых элементов и цепей управления на распределение тока СБ
между модулями
3.3.2. Синтез и реализация устройства управления силовым модулем МСН из условия равномерного распределения
тока СБ между модулями
3.4. Устойчивость электромагнитных процессов
во входной цепи ИСН БТ
3.5. Методика проектирования МСН
3.5.1. Определение коэффициентов передачи
цепей обратной связи
3.5.2. Определение числа силовых модулей в МСН
3.5.3. Определение индуктивности дросселя
3.5.4. Определение величины емкости
конденсатора Сф выходного фильтра
3.6. Сравнительный анализ экспериментальных и
теоретических результатов
3.6.1. Пример схемотехнической реализации ИСН БТ.
Макет ИСН БТ
3.6.2. Схема и результаты испытаний
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
АКТЫ

Актуальность. Возрастающая потребность общества в средствах космической связи определяет неуклонное развитие и совершенствование обеспечивающих её технических средств. Спутники связи (СС) являются важнейшим элементом в системах космической связи и в значительной степени определяют их технико-экономические характеристики. В конце двадцатого века наметилась устойчивая тенденция роста числа бортовых ретрансляторов СС. Так число ретрансляторов увеличилось с 6+10 до 50+150, что потребовало увеличение мощности систем электропитания (СЭП) СС с 2+4 до 15+25 кВт [11]. Увеличение мощности способствует повышению напряжение на выходных шинах СЭП с 28В до 100В, что позволяет повысить коэффициент полезного действия (КПД) элементов СЭП и уменьшить их удельные массогабаритные показатели, за счёт уменьшения потерь энергии в кабельной сети, энергопреобразующей аппаратуре СЭП и каналах энергопотребления (КЭП).
Импульсные стабилизаторы напряжения (ИСН) широко применяются в СЭП СС, в частности в качестве стабилизирующего устройства, включённого между солнечной батареей (СБ) и выходными шинами СЭП. Рост выходного напряжения СЭП приводит к увеличению напряжения основного источника энергии СС, солнечной батареи. С увеличением выходного напряжения СБ появляется необходимость принятия специальных мер для обеспечения безопасных режимов эксплуатации как элементов энергопреобразующей аппаратуры (ЭПА), так и самой солнечной батареи. Данные меры становятся актуальными с учётом возникновения перенапряжений на выходе СБ, в режиме «холодного солнца» (выход СС из тени) [12]. Поэтому в высоковольтных СЭП перспективным является применение ИСН безбаластного типа (ИСН БТ) с шунтовым принципом регулирования мощности, генерируемой СБ [34]. Силовая цепь такого ИСН строится на основе схемы конвертора повышающего типа. Стабилизаторы этого типа работают на токовом участке вольт-амперной характеристики (ВАХ) СБ, и тем самым обеспечивают ограничение напряжения СБ на уровне выходного напряжения СЭП. В этом режиме СБ можно рассматривать как источник тока к выходу которого подключена силовая цепь ИСН БТ. Такая структура силовой цепи ИСН БТ позволяет использовать его в режимах экстремального регулирования мощности СБ при напряжении солнечной батареи ниже выходного напряжения СЭП, что является немаловажным для СЭП СС с длительным сроком активного существования.
С увеличением мощности энергопотребления СС используется принцип блочно-модульного построения стабилизаторов СЭП [2, 24, 36] с параллельным включением силовых модулей (СМ) ИСН. Высокое требование к качеству выходного напряжения СЭП обуславливает обеспечения на заданном уровне динамических и статических характеристик ИСН с параллельным включением силовых модулей. Требование высокой надёжности к СЭП приводит к необходимости равномерного распределения тока между параллельно включёнными модулями в многомодульном импульсном стабилизаторе
Процесс стабилизации
выходного напряжения при ступенчатом изменении тока нагрузки на величину А/# завершается за один период Т, величина отклонения
напряжения на выходе А иВЫх Т
составляет MJ№ЫХ = ~—А1н
Схема импульсной модели ИСН БТ по возмущающему воздействию со стороны первичного источника h аналогична схеме рис.2.7б. Отличие, заключается в направлениии воздействия. Тогда согласно (2.19) можем записать, что при изменении тока первичного источника на Т
величину AII, отклонение выходного напряжения составит АПЖ/Л, = — AI,
одновременном возмущении со строны нагрузки (А/я) и со стороны первичного источника (AIL) величина отклонения выходного напряжения составит
А икых = |(Л/,.-д/я).
С учётом последнего выражения, для изменения тока нагрузки в диапазоне О < 1Н < I, при условии IL = const определить величину отклонения выходного напряжения можно выражением
А Нвш,иах=-| (/,-/„). (2.20)
2.4 Реализация закона управления в ИСН с ШИМ
В [1] отмечено, что существует два способа реализации импульсных законов управления в ИСН с ШИМ по регулирумым составляющим. Первый способ, по мгновенным значениям, основан на адоптации закона изменения опорного напряжения модулятора с учётом влияния стационарной пульсации выходного напряжения на процесс формирования модулятором приращения длительности импульсов управления УЭК. Второй способ основан на выделении в дискретные моменты времени специальным измерительным устройством регулируемой составляющей выходного напряжения, которая определяет входной сигнал модулятора.
Рис.2