No title

Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék Űrkutató Csoport

Szabó József A fedélzeti energiaellátás kérdései: architektúrák, energiaegyensúly. Űrtechnológia Budapest, 2014. március 19.

Űrtechnológia 2014. március 19.

Műholdfedélzeti energiaellátás / 2

Műholdfedélzeti rendszerek • Felügyeleti, telemetria és telekommand rendszer • Kommunikáció, adatkezelés (parancs, adat és telemetria vonalak) • Energiaellátás (generálás, tárolás, kezelés, szabályozás és szétosztás) • Pálya és helyzet koordináció (szenzorok, aktuátorok, antenna és kamera platformok) • Termikus szabályozás (passzív, aktív) • Struktúra és mechanika (konfiguráció) • Meghajtás (korrekciós hajtóművek)



Műholdfedélzeti rendszerek Adó antenna

Software

Hajtómű

Helyzet vezérlés

Helyzet érzékelők

Vevő antenna

Antenna helyzet

Kommunikáció

Vezérlés és adatkezelés

Terhelések

Napelem

Napelem helyzet

Energiaellátó rendszer

Fedélzeti érzékelők

Általános műholdfedélzeti rendszerek Kiegészítő rendszerek (komplex tervezés)



Az energia ellátó alrendszer architektúráját meghatározó tényezők. 1. Missziós célok: 2. Missziós célokhoz illeszkedő pályák: 3. Missziós célokhoz illeszkedő műhold orientáció 4. Missziós célberendezések követelményei - Rendszerplatform elemei - Célberendezések



Az energia ellátó alrendszer architektúráját meghatározó tényezők. 1. Missziós célok: • Tudományos kutató programok (Föld, Hold, bolygók/holdjaik, kisbolygók, Nap és egyéb égitestek) • "Földünk a világűrből" programok (távérzékelés, erőforrás kutatás, környezetvédelem, időjárás) • Kommunikációs és navigációs programok • Technológiai kísérleti programok (Föld, Hold) • Emberes űrrepülési programok • Rakéta fejlesztő programok



Az energia ellátó alrendszer architektúráját meghatározó tényezők. 2. Missziós célokhoz illeszkedő pályák: –

Föld körüli pályák • • •

– –

Geoszinkron (geostacionárius, 1-2 óra Föld árnyék, Hold árnyék) HEO (Molniya, Föld árnyék, Hold árnyék) LEO (napszinkron, 1/2 óra Föld árnyék, Hold árnyék)

Nap körüli pályák Speciális pályák

3. Missziós célokhoz illeszkedő műhold orientáció (gravitációs, mágneses, spin, három tengely)



Pályák és árnyék viszonyok évszakok szerinti változása



Pályák és árnyék viszonyok évszakok szerinti és napi változása



Az energiaellátó alrendszer architektúráját meghatározó tényezők. 4. Missziós célberendezések követelményei (elektromos, termikus, mechanikus, sugárzási, informatikai) • Platform rendszerelemek meghatározási szempontok: – Fellövés, pályára állás és működés környezete – Megbízhatóság (meghibásodás, PA követelmények ) – Gazdasági környezet (technológia) • Platform rendszerelemek kiválasztása: – Vezérlő és adatkezelő – Kommunikáció (földi vezérlő állomás(ok)) – Energia ellátó (generálás, tárolás, kezelés, szétosztás) – Mozgás koordináció (műhold, antenna, napelem, spec.)



Szünet

Our planet Earth



Műholdfedélzeti energia ellátó rendszer alapvető összefüggések Energia egyensúly: Enapelem = Eterhelés + E sönt (hosszú idejű) Enapelem = Eterhelés

BOL EOL

Pillanatnyi teljesítmény egyensúly: pforrás (t) = pterhelés (t) + ptárolás (t)

átalakító

Teljesítmény szabályozás és vezérlés

Energia

Energia

forrás

tároló

Energia

Energia elosztás és védelem



Energiaforrás kiválasztása (teljesítmény-missziós időtartam teljesítmény-tömeg, ciklikus energia egyensúly

Teljesítmény-tömeg összefüggés

Teljesítmény-missziós időtartam Energiaegyensúly egy körülfordulás alatt



Energiaellátó rendszer alapvető architektúrák • Párhuzamos szabályozás (DET) Inapelem = Isönt + Iterhelés feszültség konstans • Soros szabályozás (PPT) Unapelem = Usoros + Uterhelés áram konstans Isa

Konstans terhelés

Napelem

Párhuzamos

Terhelés

Napelem

Soros

Terhelés

Párhuzamos szabályozás (DET)

Napelem

• A és B pont Pnapelem = Pterhelés • C és D pont Pnapelem max = Pterhelés + Psönt Usa



Energiaellátó architektúrák osztályozása Alaptípusok DET (párhuzamos) Teljesen szabályozott

Söntszabályozás

PPT (soros) Napfény szabályozott

Sönt szabályozás akkumulátor-dióda

Szabályozott

Akkumulátor töltő Akkumulátor kisütő

Szabályozatlan

Akkumulátor



Teljesen szabályozott busz (DET) Technológiai energia bemenet földi ellenőrzéshez

Busz

Töltő és kisütő szabályzó

Napelem

Energia elosztó

Terhelés

Hibajel

Sönt szabályzó

Üzemmód vezérlő

Akkumulátor

Sönt, töltés, kisütés

SAD Solar Array Drive

Napfényes üzemmódok:

Akkumulátor BUSZ

Meghibásodáskor "bypass"


Buszfeszültség


Üzemmód vezérlő



Napfény szabályozott busz (DET) Technológiai energia bemenet földi ellenőrzéshez

Busz

Töltés szabályzó

Napelem

Energia elosztó

Terhelés

Hibajel

Sönt Üzemmód vezérlő

Akkumulátor

SAD: Solar Array Drive

Napfényes üzemmódok: Sönt, töltés, kisütés

Akkumulátor BUSZ

Meghibásodáskor "bypass"



Napelem maximális teljesítményű munkaponti szabályozása (PPT) Rbe = fátalakító(D) * Rszumma terhelés

Usa

D(t) kitöltési tényező

Napelem

Isa

Terhelés impedancia átalakító

Max. teljesítmény szabályozás

Busz

Terhelés

Töltés (kisütés)

Üzemmódok • MPPT

CV

• CC (konstans áram)

Töltés szabályozó

ICC

• CV (Li-Ion esetén konstans feszültség)



Az anyaghoz kapcsolódó kérdések • Sorolja fel és röviden indokolja az energia ellátó rendszer architektúráját meghatározó fontosabb tényezőket! • Rajzolja fel a műholdfedélzeti forrásenergia áramlás szabályozásának két alapvető elektronikus módszere blokkvázlatát napelemes rendszerben! • Rajzolja fel a teljesen szabályozott energia busz blokkvázlatát napelemes rendszerben és röviden írja le a működését! • Mi a különbség a teljesen szabályozott és a napfény szabályozott energiabusz működése között az egyes üzemmódokban? • Rajzolja fel a napelemes műholdfedélzeti rendszer blokkvázlatát a maximális teljesítményű munkapont soros szabályozása esetén és röviden írja le a működését! Melyek a fontosabb üzemmódok? • Magyarázza el a hosszú idejű energia egyensúly és a pillanatnyi teljesítmények egyensúlya jelentését, milyen a kapcsolat közöttük?

No title

Recommend Documents