Электроэнергетическая система подводной лодки с бесперебойным электропитанием ответственных потребителей напряжениями 27 в постоянного тока и 220 в переменного тока

Изобретение относится к судовым электроэнергетическим системам (ЭЭС), в частности к ЭЭС подводных лодок (дизель-электрических, с электрохимическими генераторами и т.д.), подводных аппаратов (батискафы и т.д.), а также надводных кораблей с электродвижением, обеспечивающих, помимо электроснабжения гребных двигателей, бесперебойное питание ответственных потребителей напряжениями 27 В постоянного тока и 220 В переменного тока. Изобретение может быть использовано для бесперебойного электропитания высокостабильным напряжением 27 В постоянного тока и напряжением 220 В переменного синусоидального тока высоко качества с частотой 50 Гц разнообразных ответственных потребителей на подводной лодке, а также на других объектах (подвижных и стационарных, промышленного и военного назначения), имеющих в составе ЭЭС две независимых сети генерации и распределения электроэнергии с напряжением постоянного тока. В предлагаемой электроэнергетической системе обеспечена надежная защита потребителей от воздействия импульсных высоковольтных коммутационных перенапряжений, возникающих в судовых сетях генерации и распределения напряжения постоянного тока, реализована надежная гальваническая развязка нагрузки от питающих сетей, и с помощью микроконтроллерных систем управления силового оборудования преобразователя напряжения постоянного тока в напряжение постоянного тока и преобразователя напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока обеспечивается полная независимость качественных показателей выходных напряжений (27 В постоянного тока и 220 В переменного синусоидального тока) на нагрузке от параметров питающих сетей при сохранении работоспособности хотя бы одной из питающих сетей. Вследствие этого достигается технический результат - повышение эффективности работы электроэнергетической системы в целом и обеспечивается максимально возможная безотказность электропитания ответственных потребителей напряжениями 27 В постоянного тока и 220 В переменного тока. Предлагаемые технические решения практически реализованы в экспортных дизель-электрических подводных лодках проекта «Амур-1650» на базе агрегатов бесперебойного питания АБП-Л, серийно выпускаемых ЗАО «ИРИС». 1 ил.

 

Изобретение относится к судовым электроэнергетическим системам (ЭЭС), в частности к ЭЭС подводных лодок (дизель-электрических, с электрохимическими генераторами и т.д.), подводных аппаратов (батискафы и т.д.), а также надводных кораблей с электродвижением, обеспечивающих, помимо электроснабжения гребных двигателей, бесперебойное питание ответственных потребителей напряжениями 27 В постоянного тока и 220 В переменного тока.

Известна система распределения электроэнергии на постоянном токе от шин общего источника, содержащая коммутаторы и линию электропередачи, состоящую из прямого и обратного провода, причем коммутаторы, установленные на шинах общего источника, выполнены в виде статического преобразователя напряжение - ток, а коммутаторы, установленные на конце линий электропередачи, выполнены в виде статического преобразователя ток - напряжение, представляющего собой параллельный транзисторный ключ, к которому подключен широтно-импульсный модулятор с конденсаторным фильтром на выходе, при этом между транзисторным ключом и конденсаторным фильтром подсоединен диод в прямом направлении для исключения обратной реакции по напряжению в линию питания от потребителя электроэнергии (Патент РФ №2201645 от 27.03.2003. Система распределения электроэнергии на постоянном токе от шин общего источника, МПК 8 H02J 1/00. Открытое акционерное общество Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева).

Недостатком данной системы распределения электроэнергии является то, что она не может обеспечить надежное и бесперебойное электропитание потребителей, так как работает только от одной питающей сети.

Также известна электроэнергетическая система постоянного тока, содержащая аккумуляторную батарею, потребители электроэнергии, модули автономного источника электроэнергии, статические согласующие преобразователи, датчики тока и выходные электрические шины, источник эталонного напряжения, датчик напряжения, сравнивающее устройство и сумматор ошибок регулирования с насыщением (Патент РФ №2221319 от 16.10.2001. Электроэнергетическая система постоянного тока, МПК 8 H02J 1/00. Открытое акционерное общество Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева).

Недостатком данной электроэнергетической системы является то, что она может обеспечить электропитанием только тех потребителей, которым требуется одинаковое значение питающего напряжения постоянного тока, невозможность поддерживать стабильные параметры питающего напряжения постоянного тока на выходных электрических шинах электроэнергетической системы при переходных процессах у мощных потребителей электроэнергии, а также незащищенность ответственных потребителей от воздействия импульсных высоковольтных коммутационных перенапряжений, зачастую возникающих в судовых сетях генерации и распределения напряжения постоянного тока.

Наиболее близким по исполнению аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является электроэнергетическая силовая установка судна (Патент РФ №2038264 от 07.07.1992. Электроэнергетическая силовая установка судна, МПК 8 В63Н 23/24. Государственная морская академия им. адмирала С.О.Макарова). Электроэнергетическая силовая установка судна состоит из первого и второго генераторов, первой и второй аккумуляторных батарей, первой и второй распределительной шины, первого и второго двигателя, гребного винта, первой и второй группы потребителей, первого, второго, третьего, четвертого и пятого автоматических выключателей.

Недостатками электроэнергетической силовой установки судна по прототипу являются следующие.

В электроэнергетической силовой установки судна отсутствует возможность работы одновременно двух двигателей от одной из распределительных шин.

Электродвигатели силовой установки судна жестко связаны с гребным винтом.

Электроэнергетическая силовая установка судна может обеспечить электропитанием только тех потребителей, которым требуется одинаковое значение питающего напряжения, в связи с тем, что первая и вторая группа потребителей подключены непосредственно к распределительным шинам.

Не может обеспечить надежное и бесперебойное электропитание потребителей, так как в случае отказа одного из генераторов необходимо определенное время (для существующих электроэнергетических систем весьма значительное) на подачу напряжения питания от распределительной шины с работоспособным генератором к распределительной шине, потерявшей электропитание.

Кроме этого, в системе отсутствует возможность поддерживать стабильные параметры питающего напряжения на первой и второй распределительных шинах при переходных процессах у мощных потребителей электроэнергии (например, при пуске и динамичном управлении гребным двигателем и т.д.), а также не предусмотрена защита ответственных потребителей от воздействия импульсных высоковольтных коммутационных перенапряжений, возникающих в существующих судовых сетях генерации и распределения напряжения.

Задачами изобретения являются:

- обеспечение возможности бесперебойного электропитания одновременно двух двигателей от одной из распределительных шин;

- реализация гибкого (эластичного) соединения приводных электродвигателей с исполнительным механизмом (гребным винтом);

- обеспечение напряжениями, наиболее широко распространенными для электропитания разнообразных ответственных судовых потребителей;

- обеспечение высокостабильным напряжением 27 В постоянного тока и напряжением 220 В переменного синусоидального тока высоко качества с частотой 50 Гц;

- бесперебойное электропитание ответственных судовых потребителей напряжениями 27 В постоянного тока и 220 В переменного тока при сохранении работоспособности хотя бы одной из питающих распределительных шин;

- обеспечение полной независимости качественных показателей напряжения электропитания ответственных судовых потребителей от параметров напряжения на питающих распределительных шинах;

- надежная гальваническая развязка ответственных судовых потребителей от питающих распределительных шин;

- надежная защита ответственных судовых потребителей от воздействия импульсных высоковольтных коммутационных перенапряжений, возникающих в судовых сетях генерации и распределения электроэнергии.

Поставленные задачи решаются тем, что в электроэнергетическую систему подводной лодки с бесперебойным электропитанием ответственных потребителей напряжениями 27 В постоянного тока и 220 В переменного тока, состоящую из первой и второй распределительной шины, соединенных между собой третьим автоматическим выключателем, первого генератора, первой аккумуляторной батареи и первого двигателя, подключенных соответственно через первый, второй и шестой автоматический выключатель к первой распределительной шине, второго генератора, второй аккумуляторной батареи и второго двигателя, подключенных соответственно через четвертый, пятый и седьмой автоматический выключатель ко второй распределительной шине, первой и второй группы потребителей, подключенных соответственно к первой и второй распределительной шине, причем первый и второй двигатели механически связаны с гребным винтом, введены щит управления, шинно-пневматическая муфта, восьмой, девятый, десятый и одиннадцатый автоматический выключатель, первый, второй, третий и четвертый фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений, первый, второй, третий, четвертый и пятый инвертор, первый, второй, третий и четвертый трансформатор, первый, второй, третий и четвертый выпрямитель, первый, второй, третий, четвертый и пятый фильтр, первый, второй, третий, четвертый и пятый датчик тока, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой датчик напряжения, первый, второй и третий микроконтроллер, группа ответственных потребителей напряжения 27 В постоянного тока, группа ответственных потребителей напряжения 220 В переменного тока;

между шестым автоматическим выключателем и первым двигателем и между седьмым автоматическим выключателем и вторым двигателем включен щит управления, между вторым двигателем и гребным винтом включена шинно-пневматическая муфта;

к первой распределительной шине подключены соединенные последовательно восьмой автоматический выключатель, первый фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений, первый инвертор, первый трансформатор, первый выпрямитель, первый фильтр, первый датчик тока, ко второй распределительной шине подключены соединенные последовательно девятый автоматический выключатель, второй фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений, второй инвертор, второй трансформатор, второй выпрямитель, второй фильтр, второй датчик тока, к первой распределительной шине подключены соединенные последовательно десятый автоматический выключатель, третий фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений, третий инвертор, третий трансформатор, третий выпрямитель, третий фильтр, третий датчик тока, ко второй распределительной шине подключены соединенные последовательно одиннадцатый автоматический выключатель, четвертый фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений, четвертый инвертор, четвертый трансформатор, четвертый выпрямитель, четвертый фильтр, четвертый датчик тока;

первый выход первого датчика тока объединен с первым выходом второго датчика тока и подключен к входу третьего датчика напряжения и к группе ответственных потребителей напряжения 27 В постоянного тока, вход первого и второго датчика напряжения подключен к выходу соответственно первого и второго фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений, первый и второй выход первого микроконтроллера подключен к второму входу соответственно первого и второго инвертора, к первому входу первого микроконтроллера подключен первый датчик напряжения, к второму - второй датчик напряжения, к третьему - второй выход первого датчика тока, к четвертому - третий датчик напряжения, к пятому - второй выход второго датчика тока;

первый выход третьего датчика тока объединен с первым выходом четвертого датчика тока и подключен к входу шестого датчика напряжения и через последовательно соединенные пятый инвертор, пятый фильтр и пятый датчик тока к группе ответственных потребителей напряжения 220 В переменного тока и к седьмому датчику напряжения, вход четвертого и пятого датчика напряжения подключен к выходу соответственно третьего и четвертого фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений, первый и второй выход второго микроконтроллера подключен к второму входу соответственно третьего и четвертого инвертора, к первому входу второго микроконтроллера подключен четвертый датчик напряжения, к второму - пятый датчик напряжения, к третьему - второй выход третьего датчика тока, к четвертому - шестой датчик напряжения, к пятому - второй выход четвертого датчика тока, вход-выход второго микроконтроллера подключен к входу-выходу третьего микроконтроллера, выход третьего микроконтроллера подключен к второму входу пятого инвертора, к первому входу третьего микроконтроллера подключен второй выход пятого датчика тока, к второму - седьмой датчик напряжения.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемой электроэнергетической системе подводной лодки обеспечена надежная защита потребителей от воздействия импульсных высоковольтных коммутационных перенапряжений, возникающих в судовых сетях генерации и распределения напряжения постоянного тока, реализована надежная гальваническая развязка нагрузки от питающих сетей, и с помощью микроконтроллерных систем управления силового оборудования преобразователя напряжения постоянного тока в напряжение постоянного тока и преобразователя напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока обеспечивается полная независимость качественных показателей выходных напряжений (27 В постоянного тока и 220 В переменного синусоидального тока) на нагрузке от параметров питающих распределительных шин при сохранении работоспособности хотя бы одной из них.

На чертеже представлена структурная схема электроэнергетической системы подводной лодки с бесперебойным электропитанием ответственных потребителей напряжениями 27 В постоянного тока и 220 В переменного тока.

Согласно чертежу электроэнергетическая система включает первый 1 и второй 3 генератор, первую 2 и вторую 4 аккумуляторную батарею, первую 5 и вторую 11 распределительную шину, первый 6, второй 7, третий 8, четвертый 9, пятый 10, шестой 13, седьмой 18, восьмой 14, девятый 15, десятый 16 и одиннадцатый 17 автоматический выключатель, первую 12 и вторую 19 группу потребителей, первый 60 и второй 61 двигатель, гребной винт 63, щит управления 59, шинно-пневматическую муфту 62, первый 20, второй 21, третий 22 и четвертый 23 фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений, первый 24, второй 27, третий 28, четвертый 31 и пятый 32 инвертор, первый 33, второй 35, третий 36 и четвертый 38 трансформатор, первый 40, второй 41, третий 42 и четвертый 43 выпрямитель, первый 44, второй 45, третий 46, четвертый 47 и пятый 48 фильтр, первый 49, второй 50, третий 51, четвертый 52 и пятый 53 датчик тока, первый 25, второй 26, третий 54, четвертый 29, пятый 30, шестой 55 и седьмой 56 датчик напряжения, первый 34, второй 37 и третий 39 микроконтроллер, группу ответственных потребителей напряжения 27 В постоянного тока 57, группу ответственных потребителей напряжения 220 В переменного тока 58; первая 5 и вторая 11 распределительные шины соединены между собой третьим автоматическим выключателем 8, первый генератор 1, первая аккумуляторная батарея 2, последовательно соединенные щит управления 59 и первый двигатель 60 подключены соответственно через первый 6, второй 7 и шестой 13 автоматический выключатель к первой распределительной шине 5, второй генератор 3, вторая аккумуляторная батарея 4, последовательно соединенные щит управления 59 и второй двигатель 61 подключены соответственно через четвертый 9, пятый 10 и седьмой 18 автоматический выключатель ко второй распределительной шине 11, первая 12 и вторая 19 группа потребителей подключены соответственно к первой 5 и второй 11 распределительной шине, первый 60 и второй 61 двигатель через шинно-пневматическую муфту 62 механически связаны с гребным винтом 63, к первой распределительной шине 5 подключены соединенные последовательно восьмой автоматический выключатель 14, первый фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений 20, первый инвертор 24, первый трансформатор 33, первый выпрямитель 40, первый фильтр 44, первый датчик тока 49, ко второй распределительной шине 11 подключены соединенные последовательно девятый автоматический выключатель 15, второй фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений 21, второй инвертор 27, второй трансформатор 35, второй выпрямитель 41, второй фильтр 45, второй датчик тока 50, к первой распределительной шине 5 подключены соединенные последовательно десятый автоматический выключатель 16, третий фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений 22, третий инвертор 28, третий трансформатор 36, третий выпрямитель 42, третий фильтр 46, третий датчик тока 51, ко второй распределительной шине 11 подключены соединенные последовательно одиннадцатый автоматический выключатель 17, четвертый фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений 23, четвертый инвертор 31, четвертый трансформатор 38, четвертый выпрямитель 43, четвертый фильтр 47, четвертый датчик тока 52, первый выход первого датчика тока 49 объединен с первым выходом второго датчика тока 50 и подключен к входу третьего датчика напряжения 54 и к группе ответственных потребителей напряжения =27 В постоянного тока 57, вход первого 20 и второго 21 фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений, первый и второй выход первого микроконтроллера 34 подключен к второму входу соответственно первого 24 и второго 27 инвертора, к первому входу первого микроконтроллера 34 подключен первый датчик напряжения 25, к второму - второй датчик напряжения 26, к третьему - второй выход первого датчика тока 49, к четвертому - третий датчик напряжения 54, к пятому - второй выход второго датчика тока 50, первый выход третьего датчика тока 51 объединен с первым выходом четвертого датчика тока 52 и подключен к выходу шестого датчика напряжения 55 и через последовательно соединенные пятый инвертор 32, пятый фильтр 48, пятый датчик тока 53 - к группе ответственных потребителей напряжения 220 В переменного тока 58 и к седьмому датчику напряжения 56, вход четвертого 29 и пятого 30 датчика напряжения подключен к выходу соответственно третьего 22 и четвертого 23 фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений, первый и второй выход второго микроконтроллера 37 подключен к второму входу соответственно третьего 28 и четвертого 31 инвертора, к первому входу второго микроконтроллера 37 подключен четвертый датчик напряжения 29, к второму - пятый датчик напряжения 30, к третьему - второй выход третьего датчика тока 51, к четвертому - шестой датчик напряжения 55, к пятому - второй выход четвертого датчика тока 52, вход-выход второго микроконтроллера 37 подключен к входу-выходу третьего микроконтроллера 39, выход третьего микроконтроллера 39 подключен к второму входу пятого инвертора 32, к первому входу третьего микроконтроллера 39 подключен второй выход пятого датчика тока 53, к второму - седьмой датчик напряжения 56.

Предлагаемая электроэнергетическая система работает следующим образом.

В надводном положении подводной лодки работают первый 1 и/или второй 3 генератор. При включении первого автоматического выключателя 6 питающее напряжение подается на первую распределительную шину 5, при включении четвертого автоматического выключателя 9 - на вторую распределительную шину 11. При этом получает электропитание первая 12 и вторая 19 группа потребителей, а при включении второго 7 и пятого 10 автоматического выключателя выполняется заряд первой 2 и второй 4 аккумуляторной батареи.

При включении шестого автоматического выключателя 13 подается электропитание на щит управления 59, обеспечивающего работу первого 60 и второго 61 двигателя. При необходимости работы первого 60 и второго 61 двигателя на полную мощность включается седьмой автоматический выключатель 18.

В подводном положении первый 1 и второй 3 генератор выключены и на разряд работает первая 2 и/или вторая 4 аккумуляторная батарея, подключенные через второй 7 и пятый 10 автоматический выключатель к первой 5 и второй 11 распределительной шине.

При отказе первого 1 или второго 3 генератора (первой 2 или второй 4 аккумуляторной батареи), а также при отключении (отказе) седьмого автоматического выключателя 18, обеспечивающего электропитание щита управления 59 от второго генератора 3 или от второй аккумуляторной батареи 4, для обеспечения электропитания первого 60 и второго 61 двигателя (при необходимости работы их на полную мощность) включается третий автоматический выключатель 8, объединяющий первую 5 и вторую 11 распределительные шины.

При включении восьмого 14 и девятого 15 автоматического выключателя подается электропитание на первый 20 и второй 21 фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений. После этого первый микроконтроллер 34 опрашивает первый 25 или второй 26 датчик напряжения и определяет значения напряжения на первой 5 и второй 11 распределительной шине. Далее первый микроконтроллер 34 определяет нахождение уровня напряжения первой 5 и второй 11 распределительной шины в допустимом интервале значений напряжений и выбирает в качестве источника электроэнергии ту распределительную шину, где значение напряжения больше, формируя управляющие воздействия по запуску в работу соответственно первого 24 или второго 27 инвертора. Первый 24 или второй 27 инвертор осуществляет преобразование питающего напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока, которое далее понижается первым 33 или вторым 35 трансформатором. Напряжение на выходе первого 33 или второго 35 трансформатора, гальванически разделенное от питающего напряжения на первой 5 и второй 11 распределительной шине, выпрямляется первым 40 или вторым 41 выпрямителем, фильтруется первым 44 или вторым 45 фильтром и через первый 49 или второй 50 датчик тока поступает на группу ответственных потребителей напряжения 27 В постоянного тока 57. Первый микроконтроллер 34, опрашивая первый 25 или второй 26 датчик напряжения на входе канала преобразования напряжения постоянного тока, третий датчик напряжения 54 на выходе канала преобразования напряжения постоянного тока и первый 49 или второй 50 датчик тока, формирует такие управляющие воздействия на первый 24 или второй 27 инвертор, которые обеспечивают стабилизированное выходное напряжение на группе ответственных потребителей напряжения 27 В постоянного тока 57. Кроме этого, при пропадании напряжения, например, на первой распределительной шине 5 и при наличии напряжения на второй распределительной шине 11 микроконтроллер 34 обеспечивает автоматическую блокировку работы первого инвертора 24 и оперативный запуск в работу второго инвертора 27 от исправной второй распределительной шины 11.

Аналогично работает первый микроконтроллер 34 при пропадании напряжения на второй распределительной шине 11 и при наличии напряжения на первой распределительной шине 5.

Таким образом, первый микроконтроллер 34 обеспечивает выполнение следующих функций:

- опрос значения напряжения на входе первого инвертора 24 - напряжения на первой распределительной шине 5 (на входе второго инвертора 27 - напряжения на второй распределительной шине 11);

- определение нахождения уровня напряжения на первой распределительной шине 5 (на второй распределительной шине 11) в допустимом интервале значений напряжений;

- опрос значения тока на выходе первого фильтра 44 (второго фильтра 45);

- опрос значения напряжения, поступающего на нагрузку (группа ответственных потребителей напряжения 27 В постоянного тока 57);

- формирование управляющих воздействий на первый инвертор 24 (второй инвертор 27) для стабилизации параметров выходного напряжения на нагрузке при нахождении уровня напряжения на первой распределительной шине 5 (на второй распределительной шине 11) в допустимом интервале значений напряжений;

- при выходе уровня напряжения на первой распределительной шине 5 из допустимого интервала значений напряжения выключает первый инвертор 24 и включает второй 27;

- при выходе уровня напряжения на второй распределительной шине 11 из допустимого интервала значений напряжения выключает второй инвертор 27 и включает первый 28.

При включении десятого 16 и одиннадцатого 17 автоматического выключателя подается электропитание на третий 22 и четвертый 23 фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений. Далее третий 28 и четвертый 31 инвертор, третий 36 и четвертый 38 трансформатор, третий 42 и четвертый 43 выпрямитель, третий 46 и четвертый 47 фильтр, третий 51 и четвертый 52 датчик тока, четвертый 29, пятый 30 и шестой 55 датчик напряжения, а также второй микроконтроллер 37 работают аналогично описанному выше. Отличие заключается в том, что выходное напряжение постоянного тока подается не на нагрузку (группа ответственных потребителей напряжения 27 В постоянного тока 57), а на пятый инвертор 32, где стабилизированное напряжение постоянного тока преобразуется в синусоидальное напряжение 220 В переменного тока частотой 50 Гц, фильтруется пятым фильтром 48 и через пятый 53 датчик тока поступает на группу ответственных потребителей напряжения 220 В переменного тока 58. Кроме этого, второй микроконтроллер 37 имеет информационную связь с третьим микроконтроллером 39.

Таким образом, второй микроконтроллер 37 обеспечивает выполнение следующих функций:

- опрос значения напряжения на входе третьего инвертора 28 - напряжения на первой распределительной шине 5 (на входе четвертого инвертора 31 - напряжения на второй распределительной шине 11);

- определение нахождения уровня напряжения на первой распределительной шине 5 (на второй распределительной шине 11) в допустимом интервале значений напряжений;

- опрос значения тока на выходе третьего фильтра 46 (четвертого фильтра 47);

- опрос значения напряжения на выходе третьего фильтра 46 (четвертого фильтра 47);

- формирование управляющих воздействий на третий инвертор 28 (четвертый инвертор 31) для стабилизации параметров напряжения на выходе третьего фильтра 46 (четвертого фильтра 47) при нахождении уровня напряжения на первой распределительной шине 5 (на второй распределительной шине 11) в допустимом интервале значений напряжений;

- при выходе уровня напряжения на первой распределительной шине 5 из допустимого интервала значений напряжения выключает третий инвертор 28 и включает четвертый 31;

- при выходе уровня напряжения на второй распределительной шине 11 из допустимого интервала значений напряжения выключает четвертый инвертор 31 и включает третий 28;

- информационный обмен с третьим микроконтроллером 39 для скоординированного управления инвертором 28 (инвертором 31) и инвертором 32.

Третий микроконтроллер 39, опрашивая пятый датчик тока 53 и седьмой датчик напряжения 56, формирует такие управляющие воздействия на пятый инвертор 27, которые обеспечивают стабилизированное выходное напряжение на группе ответственных потребителей напряжения 220 В переменного тока 58. Кроме этого, третий микроконтроллер 39 имеет информационную связь со вторым микроконтроллером 37.

Таким образом, третий микроконтроллер 39 обеспечивает выполнение следующих функций:

- опрос значения тока на выходе пятого фильтра 48;

- опрос значения напряжения, поступающего на нагрузку (группа ответственных потребителей напряжения 220 В переменного тока 58);

- формирование управляющих воздействий на пятый инвертор 32 для стабилизации параметров напряжения на нагрузке;

- информационный обмен со вторым микроконтроллером 37 для скоординированного управления инвертором 32 и инвертором 28 (инвертором 31).

Первый 20 и второй 21 фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений, первый 24 и второй 27 инвертор, первый 33 и второй 3 трансформатор, первый 40 и второй 41 выпрямитель, первый 44 и второй 45 фильтр, первый 49 и второй 50 датчик тока, первый 25, второй 26 и третий 54 датчик напряжения, первый 34 микроконтроллер образуют функционально законченный компонент электроэнергетической системы - модуль преобразования напряжения постоянного тока (Direct Current) в напряжение постоянного тока, получающего питание от первой 5 и/или второй 11 распределительной шины напряжения постоянного тока, с промежуточным преобразованием напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока и с гальванической развязкой входных и выходных цепей (модуль DC/DC).

Третий 22 и четвертый 23 фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений, третий 28, четвертый 31 и пятый 32 инвертор, третий 36 и четвертый 38 трансформатор, третий 42 и четвертый 43 выпрямитель, третий 46, четвертый 47 и пятый 48 фильтр, третий 51, четвертый 52 и пятый 53 датчик тока, четвертый 29, пятый 30, шестой 55 и седьмой 56 датчик напряжения, второй 37 и третий 39 микроконтроллер образуют еще один функционально законченный компонент электроэнергетической системы - модуль преобразования напряжения постоянного тока, получающего питание от первой 5 и/или второй 11 распределительной шины напряжения постоянного тока, с промежуточным преобразованием напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока и с гальванической развязкой входных и выходных цепей в напряжение переменного синусоидального тока Alternating Current (модуль DC/DC-DC/AC).

В составе предлагаемой электроэнергетической системе имеется только по одному модулю DC/DC и модулю DC/DC-DC/AC. Однако в зависимости от количества групп ответственных потребителей напряжения 27 В постоянного тока 57 и групп ответственных потребителей напряжения 220 В переменного тока 58 (и потребляемых этими группами мощностей), электропитание которых должна обеспечить судовая электроэнергетическая система, количество модулей DC/DC и модулей DC/DC-DC/AC может быть увеличено.

Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемая ЭЭС может быть изготовлена в соответствии с приведенным описанием и схемой на базе известных комплектующих изделий и технологического оборудования и использована для электропитания ответственных потребителей на разнообразных объектах.

В качестве фильтров импульсно-коммутационных перенапряжений в данном изобретении может быть использовано техническое решение, приведенное в Заявке № 2005125255 от 09.08.2005 «Преобразователь напряжения постоянного тока с фильтрами импульсно-коммутационных перенапряжений и встроенным микроконтроллером» (решение о выдаче Патента РФ на изобретение от 14.04.2006).

Предлагаемые технические решения практически реализованы в экспортных дизель-электрических подводных лодках проектов 636 и 677Э («Амур-1650») на базе агрегатов бесперебойного питания АБП-Л, серийно выпускаемых ЗАО «ИРИС».

Таким образом, предлагаемая ЭЭС может быть использована для бесперебойного электропитания высокостабильным напряжением 27 В постоянного тока и напряжением 220 В переменного синусоидального тока высоко качества с частотой 50 Гц разнообразных ответственных потребителей на подводной лодке, а также на других объектах (подвижных и стационарных, промышленного и военного назначения), имеющих в составе ЭЭС две независимых сети генерации и распределения электроэнергии с напряжением постоянного тока.

В предлагаемой ЭЭС обеспечена надежная защита потребителей от воздействия импульсных высоковольтных коммутационных перенапряжений, возникающих в судовых сетях генерации и распределения напряжения постоянного тока, реализована надежная гальваническая развязка нагрузки от питающих сетей, и с помощью микроконтроллерных систем управления силового оборудования преобразователя напряжения постоянного тока в напряжение постоянного тока и преобразователя напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока обеспечивается полная независимость качественных показателей выходных напряжений (27 В постоянного тока и 220 В переменного синусоидального тока) на нагрузке от параметров питающих сетей при сохранении работоспособности хотя бы одной из питающих сетей. Вследствие этого достигается повышение эффективности работы электроэнергетической системы в целом и обеспечивается максимально возможная безотказность электропитания ответственных потребителей напряжениями 27 В постоянного тока и 220 В переменного тока.

На основании вышеизложенного и по результатам проведенного нами патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемая электроэнергетическая система подводной лодки с бесперебойным питанием ответственных потребителей напряжениями 27 В постоянного тока и 220 В переменного тока отвечает критериям «Новизна», «Изобретательский уровень» и может быть защищена патентом Российской Федерации на изобретение.

Электроэнергетическая система подводной лодки с бесперебойным электропитанием ответственных потребителей напряжениями 27 В постоянного тока и 220 В переменного тока, состоящая из первой и второй распределительных шин, соединенных между собой третьим автоматическим выключателем, первого генератора, первой аккумуляторной батареи и первого двигателя, подключенных соответственно через первый, второй и шестой автоматические выключатели к первой распределительной шине, второго генератора, второй аккумуляторной батареи и второго двигателя, подключенных соответственно через четвертый, пятый и седьмой автоматические выключатели ко второй распределительной шине, первой и второй группы потребителей, подключенных соответственно к первой и второй распределительным шинам, причем первый и второй двигатели механически связаны с гребным винтом, отличающаяся тем, что в нее введены щит управления, шинно-пневматическая муфта, восьмой, девятый, десятый и одиннадцатый автоматические выключатели, первый, второй, третий и четвертый фильтры импульсно-коммутационных перенапряжений, первый, второй, третий, четвертый и пятый инверторы, первый, второй, третий и четвертый трансформаторы, первый, второй, третий и четвертый выпрямители, первый, второй, третий, четвертый и пятый фильтры, первый, второй, третий, четвертый и пятый датчики тока, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой датчики напряжения, первый, второй и третий микроконтроллеры, группа ответственных потребителей напряжения 27 В постоянного тока, группа ответственных потребителей напряжения 220 В переменного тока; между шестым автоматическим выключателем и первым двигателем и между седьмым автоматическим выключателем и вторым двигателем включен щит управления, между вторым двигателем и гребным винтом включена шинно-пневматическая муфта, к первой распределительной шине подключены соединенные последовательно восьмой автоматический выключатель, первый фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений, первый инвертор, первый трансформатор, первый выпрямитель, первый фильтр, первый датчик тока, ко второй распределительной шине подключены соединенные последовательно девятый автоматический выключатель, второй фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений, второй инвертор, второй трансформатор, второй выпрямитель, второй фильтр, второй датчик тока, к первой распределительной шине подключены, соединенные последовательно десятый автоматический выключатель, третий фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений, третий инвертор, третий трансформатор, третий выпрямитель, третий фильтр, третий датчик тока, ко второй распределительной шине подключены соединенные последовательно одиннадцатый автоматический выключатель, четвертый фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений, четвертый инвертор, четвертый трансформатор, четвертый выпрямитель, четвертый фильтр, четвертый датчик тока; первый выход первого датчика тока объединен с первым выходом второго датчика тока и подключен к входу третьего датчика напряжения и к группе ответственных потребителей напряжения 27 В постоянного тока, вход первого и второго датчиков напряжений подключен к выходу соответственно первого и второго фильтров импульсно-коммутационных перенапряжений, первый и второй выходы первого микроконтроллера подключены к второму входу соответственно первого и второго инверторов, к первому входу первого микроконтроллера подключен первый датчик напряжения, к второму - второй датчик напряжения, к третьему - второй выход первого датчика тока, к четвертому - третий датчик напряжения, к пятому - второй выход второго датчика тока, первый выход третьего датчика тока объединен с первым выходом четвертого датчика тока и подключен к входу шестого датчика напряжения и через последовательно соединенные пятый инвертор, пятый фильтр и пятый датчик тока - к группе ответственных потребителей напряжения 220 В переменного тока и к седьмому датчику напряжения, входы четвертого и пятого датчиков напряжения подключены к выходам соответственно третьего и четвертого фильтров импульсно-коммутационных перенапряжений, первый и второй выходы второго микроконтроллера подключены к вторым входам соответственно третьего и четвертого инверторов, к первому входу второго микроконтроллера подключен четвертый датчик напряжения, к второму - пятый датчик напряжения, к третьему - второй выход третьего датчика тока, к четвертому - шестой датчик напряжения, к пятому - второй выход четвертого датчика тока, вход-выход второго микроконтроллера подключен к входу-выходу третьего микроконтроллера, выход третьего микроконтроллера подключен к второму входу пятого инвертора, к первому входу третьего микроконтроллера подключен второй выход пятого датчика тока, к второму - седьмой датчик напряжения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии или систем гарантированного электропитания, в которых для достижения надежности электропитания и повышения выходной мощности статические стабилизированные источники электрической энергии включаются параллельно на общую нагрузку.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для эксплуатации скважин насосными установками для энергоснабжения электроэнергией удаленное электрическое устройство.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройству и способу управления параллельной работой преобразователей постоянного напряжения, прежде всего в имеющей несколько уровней напряжения электрической бортовой сети транспортного средства, с двумя регулировочными диапазонами напряжения (U1) и (U2).

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных системах электроснабжения космических аппаратов. .

Изобретение относится к электротехнике , в частности к источникам вторичного .электропитания. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания различных электронных устройств. .

Изобретение относится к электротехнике , в частности к устройствам, предназначенным реализовать параллельную работу стабилизаторов по- , стоянного напряжения. .

Изобретение относится к устройству для резервированного энергоснабжения по меньшей мере одной нагрузки с первым вентильным преобразователем электроэнергии, который через первый вывод является соединяемым с первой сетью переменного напряжения, вторым вентильным преобразователем электроэнергии, который через второй вывод является соединяемым со второй сетью переменного напряжения, и промежуточным звеном напряжения постоянного тока, которое соединяет первый вентильный преобразователь электроэнергии со вторым вентильным преобразователем электроэнергии на стороне постоянного напряжения

Изобретение относится к устройству для управления передачей мощности между двумя центрами сети постоянного тока и может быть использовано, в частности, в сетях постоянного тока на борту летательного аппарата, а также в любых типах бортовых сетей (морское судно, автомобиль и т.д.) и даже в других, не бортовых сетях, например, в стационарных сетях (локальная сеть постоянного тока, железнодорожная сеть и т.д.)

Раскрыты способ и устройство распределения тока для источника постоянного тока (DC). Технический результат заключается в снижении коммуникационного трафика, отсутствии ведущих и ведомых устройств, простом управлении. Способ распределения тока для источника постоянного тока включает: принятие последнего определенного тока шины в качестве контрольного тока для осуществления управления распределением тока локального узла; расчет и синхронизацию времени отправки тока локального узла в соответствии с последним определенным током шины, током локального узла и заданным соответствующим отношением между разницей между током локального узла и током шины, и временем отправки тока локального узла. В случае, если в течение времени синхронизации новый ток шины не определен, отправляется ток локального узла в качестве нового тока шины в шину по истечении времени синхронизации. Устройство распределения тока для источника постоянного тока содержит модуль управления постоянным током и модуль регулирования тока шины. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к системам снабжения электрической энергией. Технический результат заключается в обеспечении бесперебойного рабочего электроснабжения потребителей. Защищенная от отказов система (11) снабжения электрической энергией при потребности аварийного электроснабжения, когда регулярное электроснабжение имеет включенные параллельно на стороне выхода снабжающие модули (13), такие как аккумуляторы, которые нагружаются каждый с возможно более оптимальной рабочей точкой или коэффициентом полезного действия, однако ниже максимальной нагрузки. Обеспечиваемый за счет этого резерв мощности позволяет постоянно покрывать потребность в мощности подключенных потребителей, если по меньшей мере один модуль (13) остается в рабочем состоянии. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к космической технике. Способ изготовления космического аппарата, содержащего систему электропитания в составе солнечных батарей, аккумуляторных батарей и стабилизированного преобразователя напряжения, включающий сборку космического аппарата, проведение электрических испытаний на функционирование, испытаний на воздействие механических нагрузок и термовакуумных испытаний. Испытания на функционирование и термовакуумные испытания проводят с применением технологических функциональных имитаторов солнечных и аккумуляторных батарей. Дополнительно к выходу системы электропитания подключают наземный стабилизатор напряжения с выходным напряжением в пределах стабилизируемого уровня напряжения системы электропитания. В исходном состоянии на выходе наземного стабилизатора напряжения устанавливают напряжение, соответствующее нижнему стабилизируемому уровню напряжения системы электропитания. При возникновении аварийной ситуации - верхнему стабилизируемому уровню напряжения системы электропитания. Переключение наземного стабилизатора напряжения с нижнего на верхний уровень стабилизации напряжения проводят по появлении на выходе тока. Изобретение направлено на повышение функциональной надежности при проведении наземных электрических испытаний. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для предоставления выходной мощности, пропорциональной сигналу источника, включающее в себя фазовый модулятор, управляющий первым и вторым драйвером мощности с несущими сигналами, имеющими относительную разность фаз и модулирующий их сигнал, и связанный со схемой резонатора, чтобы управлять переключающим элементом по существу с нулевым током и нулевым напряжением, с выходным сигналом, подаваемым на соответствующие первый и второй трансформаторы. Идентичные симметричные вторичные схемы на трансформаторах имеют каскад выпрямителя, электрически подключенный к катушке индуктивности последовательно с первым конденсатором, чтобы сформировать первый фильтр нижних частот, и высокоскоростной полупроводниковый переключатель, соединенный с узлом между катушкой индуктивности и каскадом выпрямителя, предоставляет контур замыкания на землю. Вторая катушка индуктивности вторичной схемы связана (≥0,99) с первой индукционной катушкой, и выходной сигнал, сформированный на первом и втором выходных элементах, изолирован от напряжения шины и сбалансирован с двунаправленным током. Технический результат - повышение эффективности. 3 н. и 29 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для суммирования механической энергии, световой энергии, с предварительным преобразованием ее в электрическую энергию и тепловой энергии с предварительным преобразованием ее в электрическую энергию. С одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию постоянного тока высокого качества. Стабилизированная трехвходовая аксиальная генераторная установка содержит корпус, в котором установлены блок управления, датчики положения ротора, в корпусе каждого из которых размещена сигнальная обмотка и обмотка возбуждения, боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод с дополнительной многофазной обмоткой, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя, и ротор, на валу которого посредством дисков жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора. Однофазная обмотка возбуждения основного генератора подключена к многофазной обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя подключена к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, а многофазная обмотка якоря основного генератора подключена к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю. В верхней части корпуса установлен фотоэлектрический преобразователь, подключенный к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя. В нижней части корпуса установлен тепловой преобразователь, выполненный с возможностью подключения к дополнительной многофазной обмотке через блок управления. Выходной многофазный двухполупериодный выпрямитель выполнен с возможностью подключения к внешнему резервному источнику энергии аккумуляторной батарее, при этом дополнительная многофазная обмотка выполнена с возможностью подключения через блок управления к внешнему тепловому преобразователю. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Использование – в области электротехники. Технический результат – оптимизация управления гибридной системой аккумулирования энергии. Согласно изобретению устройство управления и соответствующий способ управления используют фильтрование для отдельного модуля в ряде контроллеров распределения мощности, чтобы получить командный сигнал распределения мощности для соответствующего модуля из множества различных модулей аккумулирования энергии в гибридной системе аккумулирования энергии. Гибридная система аккумулирования энергии включает в себя два или более типов модулей аккумулирования энергии, при этом командный сигнал распределения мощности для каждого из модулей аккумулирования энергии получают путем фильтрования входного сигнала, используя фильтр, имеющий характеристику фильтра, которая адаптирована к характеристикам аккумулирования энергии модуля аккумулирования энергии. Входной сигнал отражает изменения нагрузки на электрическую сеть и может генерироваться локально или обеспечиваться удаленным узлом. Несмотря на то что контуры регулирования распределения мощности, используемые для каждого модуля аккумулирования энергии, предпочтительно могут быть одинаковыми в смысле архитектуры и реализации, каждый такой контур использует адаптированное индивидуальное фильтрование и, возможно, индивидуализированные значения одного или более других параметров управления, так что каждый модуль аккумулирования энергии управляется таким образом, что дополняются его характеристики аккумулирования энергии. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 11 ил.

Использование – в области электротехники. Технический результат – оптимизация управления гибридной системой аккумулирования энергии. Согласно изобретению устройство управления и соответствующий способ управления используют фильтрование для отдельного модуля в ряде контроллеров распределения мощности, чтобы получить командный сигнал распределения мощности для соответствующего модуля из множества различных модулей аккумулирования энергии в гибридной системе аккумулирования энергии. Гибридная система аккумулирования энергии включает в себя два или более типов модулей аккумулирования энергии, при этом командный сигнал распределения мощности для каждого из модулей аккумулирования энергии получают путем фильтрования входного сигнала, используя фильтр, имеющий характеристику фильтра, которая адаптирована к характеристикам аккумулирования энергии модуля аккумулирования энергии. Входной сигнал отражает изменения нагрузки на электрическую сеть и может генерироваться локально или обеспечиваться удаленным узлом. Несмотря на то что контуры регулирования распределения мощности, используемые для каждого модуля аккумулирования энергии, предпочтительно могут быть одинаковыми в смысле архитектуры и реализации, каждый такой контур использует адаптированное индивидуальное фильтрование и, возможно, индивидуализированные значения одного или более других параметров управления, так что каждый модуль аккумулирования энергии управляется таким образом, что дополняются его характеристики аккумулирования энергии. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 11 ил.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение эффективности электропитания. Согласно изобретению система распределения энергии постоянного тока для распределения энергии постоянного тока к одному или нескольким электрическим устройствам содержит электрическое устройство (2) для приема энергии постоянного тока через электрический проводник (4) от устройства (3) электропитания с блоком (5) управления электропитанием и для передачи сигнала блоку управления электропитанием для запроса меньшего количества энергии или большего количества энергии. Устройство электропитания выполнено с возможностью работать в режиме большого количества мощности и в режиме малого количества мощности, и блок управления электропитанием управляет режимом работы устройства электропитания в зависимости от принятого сигнала. Это позволяет адаптировать электропитание к энергии, которая действительно необходима системе распределения энергии постоянного тока технически, относительно простым способом. В частности, работа в режиме ожидания может быть более эффективной. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к судовым электроэнергетическим системам, в частности к ЭЭС подводных лодок, подводных аппаратов, а также надводных кораблей с электродвижением, обеспечивающих, помимо электроснабжения гребных двигателей, бесперебойное питание ответственных потребителей напряжениями 27 В постоянного тока и 220 В переменного тока

Наверх