Устройство регулирования мощности имитатора инфракрасного излучения

Устройство регулирования мощности имитатора инфракрасного излучения относится к области испытательной техники, в частности к устройствам для тепловакуумных испытаний космических аппаратов (КА) в условиях, приближенных к эксплуатации КА в открытом космическом пространстве. Задача полезной модели - увеличение достоверности тепловых испытаний за счет применения более точного и надежного управления процессом регулирования мощности имитатора инфракрасного потока с одновременной простотой и дешевизной схемы регулирования. Кроме того, задачей полезной модели является расширение диапазона регулирования мощности. Поставленная задача решается тем, что в устройстве регулирования мощности имитатора инфракрасного излучения, содержащем трансформатор с одной первичной обмоткой, образующей входные силовые выводы регулятора, и несколькими (по числу ступеней напряжения) вторичными обмотками в каждой фазе, подключаемыми к тиристорному регулятору мощности с ШИМ управлением, и устройство обратной связи по регулируемому параметру, вторичные обмотки трансформатора подключаются к регулятору мощности через контакты реле, переключение которых управляется контроллером управления имитатором, а устройство обратной связи по регулируемому параметру выполнено в виде перемножителя, на входы которого подаются сигналы, пропорциональные мгновенным значениям тока и напряжения нагрузки, при этом датчик напряжения выполнен с переменным коэффициентом деления в соответствии с упомянутыми ступенями напряжения, датчик тока введен в нулевой провод в виде шунта, выход перемножителя через фильтр соединен с ШИМ-регулятором, выходы которого, в свою очередь, через усилитель мощности связаны с тиристорами регулятора мощности.

Полезная модель относится к области испытательной техники, в частности к устройствам для тепловакуумных испытаний космических аппаратов (КА) в условиях, приближенных к эксплуатации КА в открытом космическом пространстве. Полезная модель может найти применение в тех областях техники, где предъявляются повышенные требования к вопросам теоретических и экспериментальных исследований излучательных и отражательных характеристик изделий, изготовленных из различных материалов или имеющих разные покрытия. В частности, полезная модель предназначена для проведения тепловакуумных испытаний с помощью имитатора солнечного инфракрасного излучения.

Каждый модуль имитатора солнечного излучения состоит из ртутно-ксеноновой лампы мощностью 2,5 кВт (или 5 кВт), глубокого эллипсоидного рефлектора, окружающего данную лампу, конденсорных линз, линзы-окна, а также системы управления мощностью инфракрасных излучателей, и введенного в систему управления задатчика значения теплового потока от имитатора, блока сравнения потоков заданного и измеренного, с помощью которых измеренная величина теплового потока от инфракрасных излучателей (в температурном эквиваленте) сравнивается со значением теплового потока, соответствующим заданному солнечному излучению, и при неравенстве этих значений осуществляется регулировка теплового потока от инфракрасных излучателей.

Известен имитатор инфракрасного излучения (патент РФ 2088500), в котором для задания режимов, контроля и корректировки работы имитатора применен блок задания режима излучения 22, с помощью которого задается форма светового импульса. Принципиальная электронная схема блока задания режима излучения (фиг. 5 к описанию указанного патента) состоит из мостовой схемы 23, в одно из плеч которой подключен датчик излучения 24 (например, фоторезистор), усилительной схемы 25 (эмиттерного повторителя), схемы задатчика амплитуды и длительности светового импульса 26 и блока питания (не показан). Датчик 24 установлен в фокальной плоскости имитатора и предназначен для контроля и корректировки амплитуды светового импульса во время работы имитатора. Задатчик 26 выполнен в виде m-го количества переменных резисторов 27 и m-го количества электромагнитных реле времени 28 типа ЭМРВ-278. Переменные резисторы 27 подобраны так, чтобы при включении каждого из них в цепь база-эмиттер эмиттерного повторителя (ЭП) 25 они определяли диапазон смещения последнего, охватывающий весь диапазон сигнала управления током источников питания 20, а электромагнитные реле времени 28 - необходимый диапазон длительности светового импульса.

Применение блока задания режима излучения 22 в совокупности с датчиком излучения 24 позволяет формировать необходимые режимы излучения с заданными энергетическими и временными характеристиками, а также проводить их корректировку в процессе работы имитатора. Недостатком данного устройства является то, что оно предназначено для моделирования кратковременных импульсов, и не обеспечивает достаточной точности, необходимой для испытаний космических аппаратов.

При проведении таких испытаний требуется точное управление процессом имитации, которое заключается, в частности, в точном регулировании мощности инфракрасных излучателей, с одновременной простотой и дешевизной системы управления, надежностью системы управления в эксплуатации. Простейший регулятор мощности состоит из двух встречно-параллельно включенных тиристоров, соединенных последовательно с нагрузкой. В таких схемах часто используется широтно-импульсное управление тиристорами. Широтно-импульсное управление тиристором основано на изменении соотношения между длительностью открытого и закрытого состояния тиристоров. Этот способ хорошо известен специалистам в данной области техники.

Цель регулирования состоит в изменении действующего значения напряжения на активной нагрузке. Действующее значение напряжения, подаваемое к нагрузке, изменяется при изменении угла управления тиристоров. Угол управления тиристорами изменяет схема управления с использованием широтно-импульсного регулирования и с устройством обратной связи по одному из параметров. Например, в описании изобретения SU 1001429 таким параметром является уровень освещенности при работе регулятора с ламповой нагрузкой.

Недостатком такого устройства является низкая точность регулирования мощности в широких пределах. Для тепловакуумных испытаний космических аппаратов может потребоваться диапазон изменения мощности от 0,5 Вт до 2500 Вт, с точностью регулирования ±0,5%.

Известны регуляторы-стабилизаторы переменного тока, обеспечивающие решение задачи широкодиапазонного регулирования (см. Гельман М.В., Лохов СП. Тиристорные регуляторы переменного напряжения. - М.: Энергия, 1975., стр. 11, рис 4). Такие регуляторы содержат трансформатор с одной первичной обмоткой (образующей входные силовые выводы регулятора) и с несколькими вторичными обмотками, выполненными с промежуточными отпайками (отводами), которые через управляемые ключевые элементы (в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров) подключены к выходным выводам регулятора. Управление ключевыми элементами осуществляется выполненным соответствующим образом блоком управления. Регулирование напряжения осуществляется комбинированным способом: дискретно - изменением коэффициента трансформации за счет переключения отводов вторичных обмоток трансформатора, и плавно - за счет широтно-импульсного регулирования напряжения в пределах каждой отпайки.

Недостатком для решения поставленной задачи является невозможность точного регулирования мощности в конкретном диапазоне, а также отсутствие обратной связи по регулируемому параметру, каковым в настоящем техническом решении является мощность, подводимая к лампам имитатора.

Задача полезной модели - увеличение достоверности тепловых испытаний за счет применения более точного и надежного управления процессом регулирования мощности имитатора инфракрасного потока с одновременной простотой и дешевизной схемы регулирования. Кроме того, задачей полезной модели является расширение диапазона регулирования мощности.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве регулирования мощности имитатора инфракрасного излучения, содержащем трансформатор с одной первичной обмоткой, образующей входные силовые выводы регулятора, и несколькими (по числу ступеней напряжения) вторичными обмотками в каждой фазе, подключаемыми к тиристорному регулятору мощности с ШИМ управлением, и устройство обратной связи по регулируемому параметру, вторичные обмотки трансформатора подключаются к регулятору мощности через контакты реле, переключение которых управляется контроллером управления имитатором, а устройство обратной связи по регулируемому параметру выполнено в виде перемножителя, на входы которого подаются сигналы, пропорциональные мгновенным значениям тока и напряжения нагрузки, при этом датчик напряжения выполнен с переменным коэффициентом деления в соответствии с упомянутыми ступенями напряжения, датчик тока введен в нулевой провод в виде шунта, выход перемножителя через фильтр соединен с ШИМ-регулятором, выходы которого, в свою очередь, через усилитель мощности связаны с тиристорами регулятора мощности.

В этом случае за счет увеличения числа вторичных обмоток трансформатора, каждая из которых рассчитывается на определенную ступень напряжения, при переходах на разные ступени напряжения можно увеличить точность регулирования мощности за счет изменения углов управления ключом, а также расширить диапазон регулируемой мощности. При этом обеспечивается требование по гальваноразвязке устройства от сети переменного тока.

Далее сущность полезной модели поясняется с помощью рисунка, на котором изображено схематическое представление устройства управления регулированием мощности имитатора инфракрасного излучения для одной фазы питающей сети.

На рисунке 1 устройство для регулирования мощности имитатора теплового или инфракрасного потока в виде ртутно-ксеноновых ламп 1, состоит из трансформатора 2 с первичной обмоткой 3, образующей входные выводы регулятора, подключенные к сети переменного тока, и вторичной обмоткой 4, выполненной в виде нескольких обмоток 4₁ , 4₂, 4₃ по числу необходимых ступеней напряжения для обеспечения необходимой точности регулирования мощности (в каждой фазе питающего напряжения). Вторичные обмотки 4₁ 4₂, 4₃ через контакты соответствующих реле 5₁, 5₂, 5₃ соединяется с тиристорным регулятором 6, в качестве которого могут использоваться, например, два встречно включенных тиристора, соединенным с нагрузкой в виде ртутно-ксеноновых ламп 1. Работой тиристорного регулятора 6 управляет схема управления 7. Переключением реле 5 в зависимости от программы испытаний, в которой заложена величина мощности на каждом этапе управляет контроллер 8. Схема управления 7 содержит перемножитель 9, выполненный, например, на микросхеме АД734, фильтр 10 и устройство отрицательной обратной связи И, на один из входов которого подается уставка (задание) по мощности, на другой вход которого поступает измеренная мощность с перемножителя 9 после фильтрации фильтром 10. Для осуществления обратной связи по мощности датчик напряжения 12 с коэффициентом деления, соответствующим ступеням напряжения, задаваемым сопротивлениями R₁ , R₂, и R₃ и реле 13₁, 13 ₂, 13₃, соединен с одним из входов перемножителя. Переключение реле 13₁ 13₂, 13₃ также управляется контроллером 8. Датчик тока в виде шунта R ₄ с усилителем 14 введен между нагрузкой 1 и нулевым проводом, сигналы с усилителя 14 также поступают в перемножитель 9. Сигнал с устройства обратной связи 11 поступает на ШИМ-регулятор 15, затем, после усиления усилителем мощности 16 - на тиристоры регулятора 6. Контроллер 8 также соединен с контактами реле 5 для подключения обмотки с определенной ступенью напряжения в зависимости от величины уставки (задания) мощности.

При проведении испытаний программа испытаний с необходимыми значениями мощностей на определенных этапах вводится в ПЭВМ, связанную через контроллер 8 с блоком управления 7. Сигнал задания мощности подается в схему управления 7. По сигналу контроллера 8 замыкается соответствующее реле 5, обеспечивающее подключение обмотки 4 с необходимым коэффициентом трансформации для получения нужной ступени напряжения, а также включение соответствующего делителя напряжения 12.. На входы схемы перемножителя 9 начинают поступать сигналы с соответствующего делителя напряжения 12 и усилителя 14 датчика тока. Сигнал с перемножителя 9, пропорциональный мощности, через фильтр 10 поступает на один из входов устройства обратной связи 11, где сравнивается с поступающим на другой вход сигналом уставки мощности в данном диапазоне напряжений. Результирующий сигнал с устройства обратной связи 11 поступает на ШИМ-регулятор 15, где вырабатываются сигналы управления тиристорами регулятора 6, которые после усиления усилителем мощности 16, поступают на управляющие входы тиристоров. Таким образом, реализуется плавное регулирование мощности в данном диапазоне напряжений, задаваемым подключением соответствующей обмотки 4 трансформатора 2. Аналогичная схема выполняется для каждой фазы питающего напряжения.

Устройство регулирования мощности имитатора инфракрасного излучения, содержащее трансформатор, в каждой фазе питающего напряжения которого имеется одна первичная обмотка, образующая входные силовые выводы регулятора, и несколько вторичных обмоток по числу заданных ступеней напряжения, подключаемых к тиристорному регулятору с ШИМ-управлением, и устройство обратной связи по регулируемому параметру, а также контроллер, задающий уровни мощности имитатора, отличающееся тем, что вторичные обмотки трансформатора подключаются к тиристорному регулятору через контакты реле, переключение которых обеспечивается контроллером, а устройство обратной связи по регулируемому параметру выполнено в виде перемножителя, на входы которого подаются сигналы, пропорциональные мгновенным значениям тока и напряжения нагрузки в виде ламп инфракрасного излучения, при этом датчик напряжения выполнен с переменным коэффициентом деления в соответствии с упомянутыми ступенями напряжения, датчик тока введен в нулевой провод, выход перемножителя через фильтр соединен с ШИМ-регулятором, выходы которого через усилитель мощности связаны с управляющими входами тиристоров регулятора.