Имитатор батареи солнечной для наземной отработки и испытаний систем электропитания космических аппаратов на основе импульсных преобразователей

• Автор: Кремзуков, Юрий Александрович
• Шифр специальности: 05.09.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 193 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Системы электропитания космических аппаратов
1.1. Современное состояние систем электропитания
космических аппаратов
1.2. Состав и параметры системы электропитания
космического аппарата
1.3. Имитаторы солнечных батарей на базе статических
преобразователей
Результаты и выводы по главе
Глава 2. Анализ характеристик солнечных батарей
2.1. Модели солнечных элементов
2.1.1. Солнечные батареи
2.1.2. Основное уравнение солнечного элемента
2.1.3. Модели ВАХ фотопреобразователей
2.1.4. Линеаризованная модель солнечного элемента, в
частотной области
2.2. Выбор линеаризованной модели солнечной батареи, в частотной области
2.3. Выбор статической ВАХ модели солнечного элемента и
метода аппроксимации ВАХ солнечного элемента
2.4. Требования к статическим и динамическим
характеристикам имитатора солнечной батареи
Результаты и выводы по главе
Глава 3. Анализ ИБС на основе импульсных преобразователей
3.1. Статические характеристики ИБС
3.2. Энергетический анализ трех элементных структур ИБС
3.3. Энергетический анализ четырех элементной структуры ИБС

3.4. Динамические характеристики трех элементных структур ИБС
3.5. Моделирования ИБС
3.6. Пульсации выходного напряжения и тока короткого
замыкания ИБС
Результаты и выводы по главе
Глава 4. Практическая реализация имитатора солнечной
батареи ИБС-300/25
4.1. Основные характеристики и описание работы силовой части
4.2. Управление и контроль ИБС в процессе испытаний системы электропитания космического
4.3. Экспериментальное исследование
Результаты и выводы по главе
Заключение
Список литературы
Приложение А (АКТ о внедрении результатов кандидатской
диссертационной работы)
Приложение Б (Протокол межведомственных испытаний имитатора
солнечной батареи ИБС-300/25 зав №1)
Приложение В (Технический отчет по результатам стыковочных испытаний имитатора солнечной батареи ИБС-300/25 с СЭП КА 11Ф647М)

ВВЕДЕНИЕ
Изучение и освоение космического пространства требует развития и совершенствования космических аппаратов различного назначения. Среди разновидностей космических аппаратов наибольшие практическое значение получили автоматические непилотируемые космические аппараты. Их используют в телевидении, системах связи, при изучении природных ресурсов и погодных условий Земли, исследованиях дальнего космоса и т.д. [6, 91, 100].
Современный космический аппарат, представляет собой взаимосвязанный комплекс систем различного назначения, каждая из которых требует специфического электрооборудования. Учитывая, что это электрооборудование работает в тяжелых условиях космического пространства, к нему предъявляются весьма жесткие требования по надежности и эффективности.
Одной из основных систем любого космического аппарата является система электропитания (СЭП), любые сбои в работе, которой приводят к нарушению других систем, а при ее отказе к завершению срока активного существования [6, 100].
В состав большинства СЭП КА входят три основных элемента [6]:
- первичный источник энергии (солнечная батарея);
- вторичный источник энергии (аккумуляторная батарея);
- комплекс автоматики, стабилизации и защиты: зарядно-разрядный модуль, стабилизатор напряжения, устройства контроля и автоматики.
На заре освоения космического пространства, исследования и наземные испытания космических аппаратов проводили в основном методом физического моделирования. Суть метода заключается в полном воспроизводстве внешнего воздействия. Космический аппарат
(рис.2.1). В результате п- слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а р-слой - положительный и во внешней цепи появляется напряжение. Отрицательному полюсу источника тока соответствует п- слой, а р- слой -положительному. Следовательно, структура солнечного элемента играет роль "помпы", как бы перекачивая электроны в п - область через внешнюю нагрузку и обратно к контакту с р - областью.
Основное уравнение солнечного элемента имеет вид [17, 34, 91]:
где: 1Н - ток нагрузки СЭ;
1КЗ - фототок или ток короткого замыкания СЭ;
1$ - обратный ток насыщения; и - напряжение на нагрузке СЭ; е - заряд электрона; к - постоянная Больцмана;
Г - температура в градусах Кельвина.
Уравнению 2.3 соответствует эквивалентная идеализированная модель солнечного элемента (рис.2.2).

1 И 1 КЗ 1 Д ?

1д=13(е*г-1),

(2.3)
Ін=Ію-І8{е* -)
-? +

VD V ІД

Фотоны

Рис.2.2. Эквивалентная идеализированная модель солнечного элемента.
Источник тока создает ток фотонов 1КЗ, зависящий от плотности потока излучения. Вольт-амперная характеристика определяется величиной 1КЗ и