УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ АВТОНОМНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СО СНИЖЕННЫМИ МАССОГАБАРИТНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ДЛЯ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

Аннотация. Рассматриваются расчеты основных параметров, доказывающие преимущество планарного трансформатора для применения в космический аппарат.

Ключевые слова: космический аппарат, трансформатор, планарный трансформатор, тороидальный трансформатор, массогабаритные характеристики, печатная плата, габариты

Космические аппараты (КА) представляют собой сложные системы, включающие разнообразные подсистемы, такие как электропитание, телеметрия и регулирование температуры. Одной из ключевых задач является снижение массы и размеров оборудования при сохранении высокой эффективности. В этой связи выбор трансформатора для систем электропитания является решающим фактором. Целью данной статьи является обзор различных типов трансформаторов, их анализ и выбор оптимального варианта для применения в КА. Обзор типов трансформаторов:

Существуют следующие основные типы трансформаторов [4]:

1. Тороидальные трансформаторы

• Преимущества: высокая эффективность, низкие потери на рассеяние, малая электромагнитная интерференция.
• Недостатки: относительно большие габариты и масса, сложность монтажа.

2. Планарные трансформаторы

• Преимущества: компактность, улучшенное тепловыделение, простота интеграции с печатными платами.
• Недостатки: сложность производства и ограниченные токовые характеристики.

3. Стержневые трансформаторы

• Преимущества: простота конструкции, универсальность.
• Недостатки: большие потери на рассеяние, низкая плотность мощности.

4. Шкафные трансформаторы

• Применяются в промышленных условиях; для космических аппаратов неактуальны.

Сравнительный анализ трансформаторов для КА. Для выбора трансформатора были рассмотрены планарные и тороидальные конструкции, поскольку они отвечают требованиям массогабаритной оптимизации и высокой эффективности.

Таблица 1.

Сравнительный анализ трансформаторов

Расчет параметров трансформаторов

Планарный трансформатор

Основные параметры:

Площадь сечения сердечника: 10 мм²

Количество витков: 20

Индукция: 0.3 Тл

Выходная мощность: 10 Вт

Тороидальный трансформатор

Основные параметры:

Площадь сечения сердечника: 30 мм²

Количество витков: 25

Индукция: 0.35 Тл

Выходная мощность: 10 Вт

Результаты расчета показывают, что при одинаковой мощности планарный трансформатор имеет значительно меньшие размеры и массу, что делает его предпочтительным для использования в космическом аппарате.

Преимущества планарного трансформатора для КА

1. Компактность: позволяет экономить пространство для других подсистем.
2. Простота интеграции: возможность монтажа непосредственно на печатную плату.
3. Надежность: устойчивая работа в условиях вибрации и перепадов температур.
4. Тепловая стабильность: эффективное рассеяние тепла даже в ограниченном пространстве.

В результате анализа и расчетов было доказано, что планарный трансформатор является оптимальным выбором для применения в КА благодаря его компактности, надежности и простоте интеграции. В будущем планируется разработка электрической схемы, трассировка печатной платы с интеграцией планарного трансформатора и проведение испытаний экспериментального макета.