航天器电源频率


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我知道飞机有时会使用400Hz交流系统来减轻变压器的重量,因此我想航天器可能会采用类似的技术。我想知道航空航天领域的任何人是否可以确认太空中的400Hz或更高频率的运行。


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在美国海军中,飞机通常可以采用3相440V。并且在可能的情况下进行了标准化(例如f-18,c-130 ..)。
元帅工艺

Answers:


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Voyeager的情况比上面另一个答案中所说的更为复杂。以下是NASA的详细信息:

放射性同位素热电发生器的功率通过并联稳压器保持在恒定的30伏直流电下。30伏特直接提供给某些航天器设备,并在配电组件中切换到其他设备。还向主功率逆变器提供30伏直流电,以转换为大多数航天器子系统使用的2.4 kHz方波交流电。同样,交流电源可以直接提供给设备,也可以通过功率继电器打开或关闭。

除逆变器外,直流电源的用户还包括无线电子系统,陀螺仪,推进隔离阀,一些科学仪器,大多数温度控制加热器以及部署了行星射电天文学天线的电动机。航天器的其他元件使用交流电源。

有两个相同的2.4 kHz电源逆变器-主和备用。主逆变器从发射开始即处于开启状态,并在整个任务期间保持开启状态。如果主逆变器发生故障或故障,则在经过1.5秒的延迟后,电源链会自动切换到备用逆变器。一旦切换完成,就不可逆转。

来自飞行数据子系统的4.8 kHz同步和定时信号在逆变器中用作频率参考。频率除以二,输出为2.4 kHz。AC调节精确到0.004%。4.8 kHz的定时信号又被发送到计算机命令子系统,该子系统包含航天器的主时钟。

因此,他们使用了两种并行的配电方法(DC和AC)。

编辑:而且,是的,AC为50V RMS。在后来的NASA会议上找到了一个图表:

在此处输入图片说明

在那次会议上,Viking有了额外的400 Hz AC逆变器,变得更加复杂。Galileo的会议还提到了与Voyager相同的冗余逆变器配置(但没有其他细节,大概是因为那时才刚刚进入设计阶段)。

从GE Voyager设计文档中可以看出,Voyager最初的设计类似于Viking,具有约400 Hz的总线,但在最后一次迭代中被修改为仅使用2.4 KHz AC。使用400 Hz设备的原因很明显,即与航空设备共享零件。我猜想2.4 KHz设备是从前者合理地推导出来的(因为频率是倍数),但是我还没有找到在任何地方明确说出2.4 KHz AC的理由。

以下是有关Viking详细信息,确认使用了一些400 Hz电源总线:

VO具有2.4 kHz单相,400 Hz三相,稳压直流(30 V和56 V)和非稳压直流(25 V至50 V)电源。还为VLC提供了未调节的直流电源。排列在四个双截面折叠式太阳能板上的光伏电池阵列为所有面向太阳的操作提供了主要电力。两个完全相同的镍镉电池被用作关闭太阳的辅助电源,并在功率需求超出太阳能电池阵列的能力时分担负载。冗余电源调节和分配功能包括两个电池充电器,两个升压调节器,两个2.4 kHz逆变器,两个400 Hz三相逆变器,两个30 V dc转换器以及相关的电源逻辑以及控制和开关功能。(请参见图6的简化框图。)硬件,“电源子系统”部分详细介绍了操作模式和性能。VO未调节(原始)电源总线由太阳能电池板和电池供电。这两个电源形成了一个动态系统,其特征是三种稳定的飞行运行模式,以及如下的第四种短期运行模式:[它持续了两页,所以我已经摘录了这些模式]

在此处输入图片说明

第5页的表V。NASA-HDBK-4001(1998)中的21个是 Galileo和Magellan(均为1989年),是最后使用2.4kHz AC的NASA项目。从那里我还得出结论,在过去的三十年中,2.4 kHz几乎是NASA的标准。其中提到的第一个用途是在Mariner-2(1962)上。但是,在1990年之后,哈勃,1992年的火星观察员,卡西尼号等等都只使用了DC。

要研究400 Hz AC的使用情况,值得查看Mariner V报告

升压调节器设计为在25至50 V的输入电压变化范围内工作。电源子系统包括两个升压调节器:(1)机动升压调节器,为2.4 kHz单相逆变器和400 Hz三相供电(2)一个主升压调节器,它驱动一个2.4 kHz的单相逆变器,在整个任务期间向所有航天器和科学仪器供电。

因此,似乎(三相)400 Hz在NASA飞行器中有一些但相对有限的用途:主要用于陀螺仪和姿态控制,而它们还使用2.4 kHz单相AC电源用于更多子系统。在Galileo / Magellan文档中,我找不到任何提及400 Hz设备的信息(不幸的是,它分布得很广)。因此,似乎更适合小众市场的400 Hz交流设备似乎最早在Voyager时代就被淘汰了。


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我不知道苏联人是怎么做的,但我怀疑他们的太空技术可能也遵循了类似的发展(也许更晚了)。不幸的是,这种配电信息还不够“性感”,无法进入次要资源,而且我并不真正擅长阅读俄罗斯的主要资源(即使它们是在线的,甚至可能不是这种情况。)
嘶嘶声

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我已经为十二个亚轨道射击和一颗卫星制造了有效载荷。从未使用过AC。由于我们的任务并不是真正的长时间行星际旅行,因此我们使用了根据航空航天标准制造的商用DC-DC转换器。我相信,这颗卫星在大约6或7年后仍能运行。我相信转换器的频率约为550 KHz。

我不知道NASA在执行任务时会做什么,尽管我希望他们能自己完成任务。


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大多数航天器使用具有高效率DC到DC转换器的DC配电系统。这是因为航天器上的所有电源都是直流电–太阳能电池板,电池,燃料电池,RTG等。飞机使用连接到发动机的发电机供电,因此使用交流电非常简单。在航天器上,由于它总是以DC开头,因此将其转换为AC进行分配只是为了稍后将其转换回DC是没有意义的。(好吧,开关电源确实会将其转换为交流电,并在内部进行了转换,但并未作为交流电分配)。就像计算机和其他消费类电子产品中的通用开关电源一样,航天器上的DC到DC转换器将在高频(kHz或MHz)下工作以节省空间。但是,在某些时候需要权衡转换损耗。


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如果有人想找到支持该答案的信息(我认为这是正确的),则可以使用位于ntrs.nasa.gov的NASA技术报告服务器。NASA的工作主要由政府资助,因此大多数报告都是公开的。尝试使用“航天器配电”之类的搜索或类似质量的搜索,并使用高级搜索将搜索范围限制在与电子产品相关的主题上。
zebonaut 2015年

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亲爱的zebonaut,我要让您个人承担我一生中无数小时的责任,我会花时间浏览该链接,谢谢,我想。
dataBus

@dataBus嘿。这就是为什么我这次只在简短的评论中花点功夫,而没有去搜索太空旅行历史上使用的所有各种类型的动力系统,却没有给出完整的答案的原因。
zebonaut 2015年

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Voyager探头具有50 V方波2.4 kHz电源,因此有必要从2.4 kHz和7.2 kHz的无线电数据中滤除(方波中的下一个最高有效泛音)。资源


是的-噪声/电感是始终坚持使用DC的另一个非常好的理由。
Dewi Morgan's

有趣的事实。有谁知道他们为什么选择这种不寻常的配电解决方案?
Fizz

另外,您引用的那个来源中没有指示电压(仅频率),维基百科说RTG本身为30V DC(不是50V)。
Fizz

@RespawnedFluff我从有它存在存在
米歇尔Rouzic
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