Способ парирования отказа силового ключа на короткое замыкание

Изобретение относится к области автоматики и импульсной техники и может быть применено при создании автономных систем электропитания космических аппаратов (КА). Технический результат заключается в сохранении работоспособности секции солнечной батареи способом парирования отказа регулирующего ключа на короткое замыкание (КЗ). Для этого солнечную батарею (БС) делят на «m» секций, стабилизируемых индивидуально, посредством «m» ячеек, содержащих ключ, регулирующий напряжение и схему управления. Последовательно с регулирующим ключом подключают дополнительный (парирующий) ключ. В случае аварийного короткого замыкания (КЗ) регулирующего ключа парирующий ключ размыкают по команде. В отсутствие отказа он замкнут. Номер отказавшего регулирующего ключа определяют анализом телеметрической информации о напряжении каждой секции батареи солнечной в режиме входа КА в тень. При превышении мощности БС над мощностью нагрузки при разомкнутом ранее парирующем ключе и повышении выходного напряжения выше допустимого парирующий ключ переключают в замкнутое состояние, шунтируя секцию БС. Описанный выше цикл может повторяться многократно. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области автоматики и импульсной техники и может быть использовано при создании автономных систем электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА).

Известен «Способ электропитания космического аппарата» (см. патент RU 2574911 от 20.12.2015 г.). Задачей способа является повышение удельных энергетических характеристик и надежности СЭП. Поставленная задача решается тем, что солнечную батарею (БС) выбирают с выходным напряжением в рабочей точке в конце ресурса, исходя из возможного снижения мощности вследствие отказа отдельных фотопреобразователей. Этот способ предусматривает, по сути, использование резервных секций БС. Недостаток способа - увеличение массы и усложнение СЭП.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является «Способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли» (см. патент RU 2548664 от 12.07.13 г.), который выбран в качестве прототипа.

Задачей способа является повышение функциональной надежности автономной системы электропитания искусственного спутника Земли. Поставленная в прототипе задача решается тем, что первичный источник ограниченной мощности, например, солнечную батарею делят на «m» секций, стабилизируемых индивидуально посредством «m» ячеек параллельного короткозамкнутого стабилизированного преобразователя (ПКСП), предусматривают дополнительные к «m» одну или несколько ячеек ПКСП, которые подключают через развязывающие диоды к секциям БС. В случае отказа любой из «m» ячеек ПКСП, дополнительная к «m», ячейка, подключенная через развязывающие диоды к секциям БС, возьмет на себя образовавшуюся нерегулируемую мощность соответствующей секции БС. Известный способ позволяет резервировать ячейки ПКСП, но только на определенный вид отказа - это обрыв регулирующего ключа. Если регулирующий ключ аварийно замкнут, то через него замкнута и соответствующая секция БС. Для КА - это потеря, примерно 0,7кВт мощности СЭП, т.е. снижение ее удельной энергетической характеристики. В этом заключается недостаток способа повышения надежности системы электропитания, изложенный в прототипе. Причиной короткого замыкания может быть пробой регулирующего ключа ПКСП.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности СЭП посредством поддержания состояния работоспособности секции БС в случае отказа при возникновении короткого замыкания.

Поставленная задача достигается тем, что первичный источник ограниченной мощности - батарею солнечную делят на «m» секций, стабилизируемых индивидуально, посредством «m» ячеек, содержащих ключ, регулирующий напряжение и схему управления. Последовательно с регулирующим ключом подключают дополнительный (парирующий) ключ, а в случае аварийного короткого замыкания регулирующего ключа парирующий размыкают по команде. В отсутствие отказа он замкнут. Номер отказавшего регулирующего ключа определяют анализом телеметрической информации о напряжении каждой секции БС в режиме входа КА в тень. При превышении мощности БС над мощностью нагрузки при, разомкнутом ранее, парирующем ключе и повышении выходного напряжения выше допустимого, парирующий ключ переключают в замкнутое состояние, шунтируя секцию БС.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность использования энергии секции БС в случае отказа при возникновении короткого замыкания.

Суть предлагаемого способа можно пояснить на примере схемы парирования отказа, изображенной на фиг. 1.

Схема содержит шину 1 секции БС, силовую цепь, состоящую из последовательно соединенных электронных ключей: регулирующего 8 и его схемы управления 10, парирующего 4, включенного между шиной 1 и ключом 8; шины 2 питания автоматики, развязывающего диода 3, шины 5 команд, шины 9 управления, оптрона 7, выход которого соединен с управляющим входом парирующего ключа 4. Схема управления парирующим ключом (триггер 6) автономна и гальванически развязана оптроном 7 от схемы управления 10.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии:

- шина 1 запитана напряжением секции БС;

- на шине 2 напряжение питания автоматики;

- на выходе триггера 6 напряжение равно нулю;

- по шинам 5 и 9 команды отсутствуют;

- оптрон 7 разомкнут;

- парирующий ключ 4 замкнут;

- регулирующий ключ 8 - в рабочем режиме.

В случае короткого замыкания регулирующего ключа 8 по шине 5 подается импульс команды на вход триггера 6, который переключается и на его выходе появляется напряжение, замыкающее оптрон 7. Парирующий ключ 4 размыкается, устраняя короткое замыкание секции БС. Одновременно, по шине 9 управления, на входе триггера 6 появляется разрешение на вход сигнала от общей схемы управления СЭП. Этот сигнал может появиться в случае избытка мощности БС при минимальном токе нагрузки, когда напряжение на выходе СЭП может возрасти выше допустимого. Сигнал по шине 9 переводит триггер 6 в исходное состояние нуль, оптрон 7 размыкается, и парирующий ключ 4 переключается в проводящее состояние. Поскольку регулирующий ключ 8 находится в замкнутом состоянии, то через него и ключ 4 замкнута и соответствующая секция БС, шунтируя излишнюю мощность БС. Отказ регулирующего ключа 8 на короткое замыкание может быть однозначно установлен в режиме недостатка мощности БС в процессе перехода КА в тень. В этом режиме все регулирующие ключи БС разомкнуты и напряжения секций БС, кроме секции с отказавшим ключом, передаются в нагрузку. Телеметрический контроль всех секций БС о наличии напряжений определяет номер аварийной секции, затем подается команда на парирование отказа регулирующего ключа 8. Описанный выше цикл может повторяться многократно.

1. Способ парирования отказа силового ключа на короткое замыкание, заключающийся в том, что первичный источник ограниченной мощности – батарею солнечную делят на «m» секций, стабилизируемых индивидуально, посредством «m» ячеек, содержащих ключ, регулирующий напряжение и схему управления, отличающийся тем, что последовательно с регулирующим ключом подключают дополнительный (парирующий) ключ, а в случае аварийного короткого замыкания регулирующего ключа парирующий размыкают по команде.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что номер отказавшего регулирующего ключа определяют анализом телеметрической информации о напряжении каждой секции батареи солнечной в режиме входа космического аппарата в тень.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при превышении мощности батареи солнечной над мощностью нагрузки при разомкнутом ранее парирующем ключе и повышении выходного напряжения выше допустимого парирующий ключ переключают в замкнутое состояние, шунтируя секцию батареи солнечной.