Система электропитания буксируемого подводного комплекса

 

Использование: электропитание привязных и буксируемых подводных аппаратоа Цель изобретения: повышение надежности и КПД системы электропитания (СЭП). СЭП содержит блок питания судна-носителя (БПСН), блок питания подводного аппарата (БППА), линию постоянного тока, выполненную в виде кабель-троса с коаксиальной токопроводящей парой, включенную между БПСН и БППС, а также блок питания маневрового аппарата (БПМА). БПМА подключен к выходу БППА многожильным кабелем. 4 зпф-лы, 5 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5005100/07 (22) 120791 (46) 30,11.93 Бюл. Иа 43-44 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) Мишин В.Н„Лайер В.П.; Блынский В.M. (73) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (54) СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ БУКСИРУЕ(И) RU (1Ц 2ÎÎ4Î5Õ С1 (51) 5 НОХМ3 335 НОЮТ 7 34

МОГО ПОДВОДНОГО КОМПЛЕКСА (57) Использование: электропитание привязных и буксируемых подводных аппаратов Цель изобретения: повышение надежности и КПД системы электропитания (СЗП). СЭП содержит блок питания судна-носителя (БПСН), блок питания подводного аппарата (БППА), линию постоянного тока, выполненную в виде кабель-троса с коаксиальной токопроводящей парой, включенную между БПСН и

БППС, а также блок питания маневрового аппарата (БПМА). БПМА подключен к выходу БППА много- жильным кабелем. 4 зпф-лы, 5 ил.

2004051

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания привязных и буксируемых подводных аппаратов, а также для электропитания различных удаленных объектов.

Известны системы электропитания (СЭП) с установкой автономных источников питания (аккумуляторов) на ПА и использованием кабель-троса только в качестве информационного канала связи (1). 10

Основным недостатком системы является ограниченный ресурс питания.

Более расширенными функциональными возможностями обладают системы с объединенными в общем кабель-тросе энергетическим и информационным каналами, реализующие передачу электрической энергии на переменном или постоянном токе..При передаче энергии на переменном токе усложняется конструкция фильтров присоединения, осуществляющих разделение информационного и энергетического каналов, поэтому преимущественно используются системы с передачей энергии на постоянном токе.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому обьекту является СЭП буксируемого ПА "Звук-6" (2), содержащий блок питания судна-носителя, состоящий из сети переменного тока, первого выпрямите- 0 ля, преобразователя, второго выпрямителя, датчика тока и линии связи, соединяющей блок питания судна-носителя с подводным аппаратом, на котором установлен инвертор с согласующим трансформатором пита- З5 ния нагрузок, Недостатками известного устройства являются низкий КПД и надежность вследствие того, что преобразователь рассчитан на пропускание полной мощности нагрузки, 40 отсутствует защита от однополюсных замыканий в цепи постоянного тока на выходе преобразователя, отсутствует электромагнитная развязка относительно систем с импульсным характером нагрузки, 45

Целью изобретения является повышение надежности и КПД.

Сущность изобретения заключается в том, что СЭП буксируемого подводного комплекса содержит блок питания судна-носи- 50 теля, включающий клеммы для подключения к сети переменного тока, выпрямитель, преобразователь и датчик тока, входом соединенный с выходом преобразователя. блок питания подводного аппрара- 55 та, включающий преобразователь на базе автономного инвертора и согласующий трансформатор, один из выходов которого предназначен для подключения к нагрузке, линию постоянного тока, выполненную в BMде кабель-троса с коаксиальной токопроводящей парой, включенную между выходом блока питания судна-носителя и входом блока питания подводного аппарата.

Новым является то, что СЭП содержит блок питания маневрового аппарата, подключенный к выходу блока питания подводного аппарата многожильным кабелем, и состоит из двух автономных инверторов с согласующими трансформаторами, одни выходы которых предназначены для подключения соответственно к токоприемникам с постоянной и импульсной нагрузками и пускового преобразователя, присоединенного параллельно первому инвертору, другие выходы согласующего трансформатора первого инвертора соединены с цепями управления каждого из инверторов, входы инверторов и пускового преобразователя объединены и образуют вход блока питания маневрового аппарата, блок питания судна-носителя дополнительно содержит пусковое устройство, включенное между клеммами для подключения к сети переменного тока и входом выпрямителя, блок ограничения зарядного тока, входом соединенный с выходом выпрямителя, а выходом - с входом преобразователя, выполненного по вольтодобавочной схеме, фильтр присоединения с защитой от перенапряжений и блок защиты от однополюсных коротких замыканий, причем один из выходов датчика тока подключен к входам фильтра присоединения, блока защиты от однополюсных коротких замыканий и к одному из управляющих входов преобразователя, другой управляющий вход которого соединен с вторым выходом датчика тока, выход блока защиты от однополюсных коротких замыканий подключен к управляющему входу пускового устройства, один из выходом фильтра присоединения предназначен для подключения к высокочастотной аппаратуре связи, другой образует выход блока питания судна-носителя, блок питания подводного аппарата дополнительно содержит пусковой преобразователь и фильтр присоединения, вход которого образует вход блока питания подводного аппарата, один из выходов предназначен для подключения к высокочастотной аппаратуре связи, а другой соединен с входами инвертора и пускового преобразователя, выход которого подключен к одному из управляющих входов инвертора, другой управляющий вход которого соединен с вторым выходом согласующего трансформатора, а объединенные входы инвертора и пускового преобразователя образуют выход блока питания подводного аппарата.

2004051 .

20 которых через конденсаторы связи подключены входы выпрямителя, выходы которого 30

Новым является также то, что преобразователь блока питания судна-носителя содержит выходной сглаживающий

Lr-фильтр, блок управления и N ячеек,,состоящих каждая из двух однотактных инверторов с трансформаторами, причем входы ячеек подключены между собой параллельно и образуют вход преобразователя, вторичные обмотки трансформаторов ячеек подключены через диоды к одной клемме фильтра, ячейки и общей точкой обмоток к второй его клемме, причем вход фильтра каждой ячейки шунтирован диодом, при этом управляющие входы однотактных преобразователей соединены с N выходами блока управления, а два входа блока управления образуют управляющие входы преобразователя, при этом выходы ячеек соединены последовательно с входом сглаживающего 1 С-фильтра, клеммы конденсатора которого образуют выход преобразователя.

Новым является также то, что фильтр присоединения содержит тиристорный короткозамыкатель, пороговый элемент, выпрямитель, конденсаторы связи и заградительные дроссели, включенные в каждую из шин постоянного тока, к выходам соединены с тиристорным короткозамыкателем, управляющий электрод которого подключен к пороговому элементу, приЧем одни клеммы заградительных дросселей образуют вход, а другие - первый выход фильтра присоединения, клеммы конденсаторов связи образуют его второй выход.

Новым является также то, что блок ограничения зарядного тока блока питания суднаносителя содержит токоограничивающий резистор, контактор, реле времени и выходной фильтр, одна клемма которого подключена к общей шине, а другая - к одной из клемм токоограничивающего резистора, шунтированного нормально открытым контактом кочтактора, управляющий вход которого соединен с выходом реле времени, при.ем клеммы конденсатора фильтра образуют выход блока, а другая клемма токоограничивающего резистора и общая шина образуют вход блока ограничения, Новым является то, что блок защиты от однополюсных коротких замыканий блока питания судна-носителя содержит токоограничивающие резисторы, балансировочныл резистор, выпрямитель, усилитель и релейный элемент, выход которого образует выход блока защиты, а вход соединен с выходом усилителя, один вход которого подключен к задающему резистору, а другой - к

10

50 выходу выпрямителя, один вход которого соединен с корпусом, а другой — с движком балансировочного резистора, подключенного последовательно с токоограничива 0щими резисторами, вторые концы которых соединены с положительной и отрицательной клеммами постоянного тока, образующими вход блока защиты.

В заявленной совокупности отличительные признаки предлагаемого устройства проявили новые свойства. заключающиеся в повышении надежности и КПД.

Достижение такого эффекта не вытекает из известных технических решений, На основании изложенного следует считать предложенное техническое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

На фиг.1 приведена структурная схема системы электропитания буксируемого подводного комплекса; на фиг,2 - схема преобразователя блока питания судна-носителя; на фиг,3- схема фильтра присоединения; на фиг.4- схема блока ограничения зарядного тока блока питания судна-носителя; на фиг.5 - схема блока защиты от однополюсных к.з, блока питания судна-носителя, СЭП буксируемого подводного комплекса (фиг.1) состоит из блока 1 питания, включающего в себя сеть 2 переменного тока судна-носителя, пусковое устройство 3, выпрямитель 4, блок 5 ограничения зарядного тока, преобразователь 6 со схемой управления, датчик 7 тока, блок 8 защиты от однополюсных к,з., фильтр 9 присоединения для аппаратуры высокочастотной вязи, линию 10 постоянного тока в виде кабельтроса с токопроводящей коаксиальной парой, блок питания 11 подводного аппарата, включающий фильтр 12 присоединения аппаратуры высокочастотной связи, пусковой преобразователь 13, инвертор 14, согласующий трансформатор 15, нагрузку 16, многожильный кабель 17 и блок 18 питания маневрового аппарата, состоящий из пускоеого преобразователя 19, инверторов 20,21, согласующих трансформаторов 22,23 и нагрузок 24 и 25.

К входу 26 преобразователя 6 (фиг,2) подключено А1, А2.„AN ячеек, содержащих каждая по два однотактных инвертора 27 с выходными трансформаторами 28,29, к концам обмоток которых подключены диоды 30

- 32, обьединенные катоды которых соединены с индуктивностью фильтра 33, а общая точка вторичных обмоток подключена к клемме конденсатора 34, Выходы ячеек Аь

Аг...Ам включены последовательно между входом 26 и выходным 1 С-фильтром 35, образующим выход Зб преобразователя б. v и2004051 равляющие преобразователем входы 37,38 подключены к блоку 39 управления, Фильтр 9(12) присоединения (фиг.3) содержит заградительный дроссель 40, конденсаторы 41, 42 связи и узел защиты от перенапряжений, состоящий из диодного моста 43, тиристорного короткозамыкателя

44 и порогового элемента 45, а также клеммы входа 46(47), подключения к кабель-тросу 48(49) и аппаратуре связи 50(51).

Блок 5 ограничения зарядного тока (фиг,4) содержит токоограничивающий резистор 52, шунтированный контактором 53, управляемым реле 54 времени, сглаживающий фильтр 55.56 и клеммы входа 57 и выхода 58.

Блок 8 защиты от однополюсных коротких замыканий (фиг.5) содержит клеммы 46 для подключения к выходу преобразователя, токограничивающие резисторы 59,60, балансировочный резистор 61, выпрямитель 62, усилитель 63, задающий резистор

64, релейный элемент на транзисторе 65 и оптопаре 66, две клеммы которой образуют выход 67 блока 8.

Блок 39 управления может быть выполнен, например, согласно а,с.М 944058 или другой схеме. Пусковой преобразователь 13 может быть выполнен по заявке М

4115322/07, пол.решение от 12.02,87.

СЭП буксируемого подводного комплекса работает следующим образом.

На вход блока 1 судна-носителя (см.фиг.1) поступает напряжение сети 2 переменного тока и после включения пускового устройства 3, которое может быть выполнено в виде контактора с дистанционным управлением, выпрямляется выпрямителем 4 и через блок 5 ограничения зарядного тока подается на вход 26 вольтодобавочного преобразователя 6, Ограничение зарядного тока конденсатора 56 и емкости элементов электропитания (см.фиг.4) осуществляется за счет последовательного включения резистора 52 в цепь выпрямленного тока с последующим шунтированием его контактами контактора 53, включение которого осуществляется с временной задержкой реле 54 времени. Величина напряжения на входе кабель-троса 10 определяется величиной напряжения на выход выпрямителя 4 и дополнительного напряжения, создаваемого вольтодобавочным преобразователем 6, которые суммируются таким образом, чтобы на входе блока 18 питания маневрового аппарата обеспечить постоянство напряжения при изменениях тока нагрузки 16,24,25 и колебаниях напряжения питающей сети 2, что достигается введением отрицательной обратной связи

50 выпрямленному напряжению выпрямителя

4, Применение защиты отоднополюсных ко55

45 по напряжению 37 и положительной обратной связью по току нагрузки 38, подключенной к выходу датчика 7 тока.

После датчика 7 тока напряжение постоянного тока поступает на вход 46 фильтра 9 присоединения и после заградительного дросселя 40 - на вход 46 кабель-троса 10 линии связи. На второй вход 50 поступают информационные сигналы, которые через конденсаторы 41,42 связи образуют на выходе совмещенный информационно-энергетический канал. Вход 50 шунтирован тиристорным короткозамыкателем на элементах 43 - 45, исключающим возникновение перенапряжений на входе 50 при переходных и аварийных режимах в системе электропитания.

При подъеме напряжения на входе 11 до определенного уровня включается пусковой преобразователь 13, создает напряжение управления для инвертора 14, с выхода которого напряжение через согласующий трансформатор 15 поступает на нагрузку 16, Одновременно инвертор 14 переходит на самопитание и выключается преобразователь 13, При этом происходит аналогичный запуск инвертора 20 от пускового преобразователя 19, выполненного аналогично 13, и через согласующий трансформатор 22 получают питание нагрузки 24, При этом инвертор 20 переходит на самопитание, отключается преобразователь 19 и подается напряжение управления от трансформатора

22 на вход инвертора 21, питающего импульсные нагрузки 25 через согласующий трансформатор 23.

Разделение по питанию импульсных и постоянных нагрузок в блоке питания маневрового аппарата повышает помехозащищенность аппаратуры средств связи и надежность работы блока, т.к. схема управления инвертора питания импульсных нагрузок защищена стабильным напряжением от согласующего трансформатора 22. Применение вольтодобавочного преобразователя 6 в блоке питания судна-носителя позволяет улучшить массогабаритные показатели и

КПД блока, т,к. мощность блока рассчитана только на величину добавки напряжения к ротких замыканий на корпус в системе постоянного тока позволяет повысить надежность и безопасность обслуживания комплекса. (56) 1. Ястребов В,С., Горлов А.А. и Симинский B,В. Электроэнергетические установки подводных аппаратов. Л.: Судостроение, 1987, с.91.

2004051

2, Ястребов В.С., Горлов А.А. и Симинский В.В. Электроэнергетические установФормула изобретения

1, СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ БУКСИРУЕМОГО ПОДВОДНОГО КОМПЛЕКСА, содержащая блок питания судна-носителя, включающий клеммы для подключения к сети переменного тока, выпрямитель, пре-. образователь и датчик тока, входом соединенный с выходом преобразователя, блок питания подводного аппарата, включающий преобразователь на базе автономного инвертора и согласующий трансформатор, один из выходов которого предназначен для подключения к нагрузке, линию постоянного тока, выполненную в виде кабельтроса с коаксиальной токопроводящей парой, включенную между выходом блока питания судна-носителя и входом блока питания подводного аппарата, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и КПД, система содержит блок питания маневрового аппарата, подключенный к выходу блока питания подводного аппарата многожильным кабелем и состоящий из двух автономных инверторов с согласующими трансформаторами, одни выходы которых предназначены для подключения соответственно к токоприемникам с постоянной и импульсной нагрузками, и пускового преобразователя, присоединенного параллельно первому инвертору, другие выходы согласующего трансформатора первого инвертора соединены с цепями управления каждого из инверторов, входы инверторов и пускового преобразователя объединены и образуют вход блока питания маневрового аппарата, блок питания судна-носителя дополнительно содержит пусковое устройство, включенное между клеммами для подключения к сети переменного тока и входом выпрямителя, блок ограничения зарядного тока, входом соединенный с выходом выпрямителя, а выходом - с входом преобразователя, выполненного по вольтодобавочной схеме, фильтр присоединения с защитой от перенапряжений и блок защиты от однополюсных коротких замыканий, причем один из выходов датчика тока подключен к входам фильтра присоединения блока защиты от однополюсных коротких замыканий и к одному иэ управляющих входов преобразователя, другой управляющий вход которого соединен с вторым выходом датчика тока. ки подводных аппаратов. Л.: Судостроение, c„92, р.4.4, .5 выход блока защиты от однополюсных коротких замыканий подключен к управляющему входу пускового устройства, один из выходов фильтра присоединения преднаэ10 начен для подключения к высокочастотной аппаратуре связи, другой образует выход блока питания судна-носителя, блок питания подводного аппарата дополнительно содержит пусковой преобразователь и

15 фильтр присоединения. вход которого образует вход блока питания подводного аппарата, один из выходов предназначен для подключения к высокочастотной аппаратуре связи, а другой соединен с входами инвертора и пускового преобразователя, выход которого подключен к одному из управляющих входов инвертора, другой управляющий вход которого соединен с вторым выходом согласующего трансформатора, а объединенные входы инвертора и пускового преобразователя образуют выход блока питания подводного аппарата.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, 3р что преобразователь блока питания суднаносителя содержит выходной сглаживающий LC-фильтр, блок управления и N ячеек, состоящих каждая иэ двух однотактных инверторов с трансформаторами, при35 чем входы ячеек подключены между собой параллельно и образуют вход преобразователя, вторичные обмотки трансформаторов ячеек подключены через диоды к одной клемме фильтра ячейки и общей точ40 кой обмоток к второй его клемме, причем вход фильтра каждой ячейки шунтирован диодом, при этом управляющие входы однотактных преобразователей соединены с

N выходами блока управления, а два входа блока управления образуют управляющие входы преобразователя, при этом выходы ячеек соединены последовательно с входом сглаживающего 1 С-фильтра, клеммы

50 конденсатора которого образуют выход преобразователя.

3. Система по п,1, отличающаяся тем, что фильтр присоединения содержит тиристорный короткозамыкатель, пороговый

55элемент, выпрямитель, конденсаторы связи и заградительные дроссели, включенные в каждую из шин постоянного тока, к выходам которых через конденсаторы связи подключены входы выпрямителя, выходы которого соединены с тиристорным

2004051 короткоэамыкателем, управляющий электрод которого подключен к пороговому элементу, причем одни клеммы заградительных дросселей образуют вход, а другие - первый выход фильтра присоединения, клеммы конденсаторов связи образуют его второй выход.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок ограничения зарядного тока блока питания судна-носителя содержит токоограничивающий резистор, контактор, реле времени и выходной фильтр, одна клемма которого подключена в общей шине, а другая - к одной из клемм токоограничивающего резистора, шунтированного нормально открытым контактом контактора, управляющий вход которого соединен с выходом реле времени, причем клеммы конденсатора фильтра образуют выход блока, а другая клемма токоограничивающего резистора и общая шина образуют вход блока ограничения.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок защиты от однополюсных коротких замыканий блока питания судна-носителя содержит токоограничивающие резисторы, балансировочный резистор, выпрямитель, усилитель и релейный элемент, выход которого образует выход защиты, а вход соединен с выходом усилителя, один вход которого подключен к задающему резистору, а другой - к выходу выпрямителя, один вход которого соединен с корпусом, а

15 другой - с движком балансировочного резистора, подключенного последовательно с токоограничивающими резисторами, вторые концы которых соединены с положительной и отрицательной клеммами

imp постоянного тока, образующими вход блока защиты.

2004051

2004051

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Редактор

Заказ 3327

Составитель Л.Бутенко

Техред М.Моргентал Корректор С. Патрушева. Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5