DE3600258A1

DE3600258A1 - ELECTRICAL SYSTEM FOR SUBMERSIBLE BOATS

Info

Publication number: DE3600258A1
Application number: DE19863600258
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Phys Gehm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-01-08
Filing date: 1986-01-08
Publication date: 1987-07-09
Also published as: AU6846187A; EP0252953A1; JPS63502158A; NO873736D0; NO873736L; WO1987004303A1

Abstract

Electrical installation as described, with a battery which, as applicable, consists of several partial batteries which can be charged from a diesel generator, and supplies power to the electricity users on board. In order to improve the protection against location detection of submarines with such equipment and also to reduce the power consumption of such plant, the rotary drive systems are in the form of d.c. machines, avoiding central a.c. networks or of machines fed via rectifiers from the a.c. network, and preferably for each item of equipment an inherent power supply is provided whereby the necessary auxiliary voltages and supply voltages inside the equipment are directly produced from the battery network via network supply units. For the power supply to the equipment it is advantageous to use cycled network equipment in which the cycle frequency is located, for safety reasons, above the receiving frequency range of foreign location detection systems.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anlage für Untersee- Boote mit einer Batterie, die gegebenenfalls aus mehreren dieselelektrisch nachladbaren Teilbatterien besteht und die elektrischen Verbraucher an Bord, wie Antriebe sowie elektri sche und elektronische Geräte, über das Batterienetz mit Energie versorgt.The invention relates to an electrical system for subsea Boats with one battery, which may consist of several there is diesel-electric rechargeable batteries and the electrical consumers on board, such as drives and electri and electronic devices, via the battery network Energy supplied.

Als hauptsächliche Kriterien für Untersee-Boote gelten u.a. die erreichbare Tauchtiefe, die Höchstgeschwindigkeit und die Seeausdauer. Zunehmend wichtig sind im Laufe der Zeit aber auch folgende Kriterien geworden, nämlich die soge nannte Elektromagnetische Verträglichkeit, die Sonarem pfindlichkeit, die ELF-VLF-Empfindlichkeit der Antennen und vor allem die Ortungssicherheit.The main criteria for submarine boats include the achievable diving depth, the maximum speed and the sea endurance. Are becoming increasingly important over time but also the following criteria, namely the so-called called electromagnetic compatibility, the sonarem sensitivity, the ELF-VLF sensitivity of the antennas and above all location security.

Die derzeit angewendeten Maßnahmen gegen elektromagnetische Beeinflussung beruhen meist auf einer kapazitiven Beschal tung der Primärnetze, also des Batterienetzes und der mit 60 Hz und 400 Hz arbeitenden Wechselstromnetze, gegen Boots masse. Hierdurch wird allerdings ein beachtlicher Anteil an parasitären Strömen auftreten, die wegen der niedrigen Impedanz des Bootskörpers bei den vorerwähnten Frequenzen und den außerdem auftretenden Oberschwingungen über den Bootskörper fließen werden.The currently applied measures against electromagnetic Influencing is usually based on capacitive scales tion of the primary networks, i.e. the battery network and the 60 Hz and 400 Hz working AC networks, against boats Dimensions. However, this makes up a considerable proportion on parasitic currents that occur because of the low Hull impedance at the aforementioned frequencies and the harmonics also occurring over the Hull will flow.

Solche Ströme behindern einerseits den VLF- und den ELF- Empfang sowohl für bootsfeste als auch für nachgeschleppte Antennen. Andererseits wird durch die von diesen Strömen erzeugten Wechselfelder die unerwünschte Ortung des Bootes erleichert, zumal die Dämpfung solcher Felder durch See wasser bei tiefen Frequenzen relativ gering ist.Such currents on the one hand hinder the VLF and the ELF Reception for both boat-based and towed Antennas. On the other hand, by these currents generated alternating fields the unwanted location of the boat relieved, especially since the damping of such fields by sea water is relatively low at low frequencies.

Nachdem inzwischen beträchtliche Fortschritte im Zusammen hang mit dem Antennengewinn und der Empfindlichkeit von Empfängern gemacht werden konnten, kann man aus vorer wähnten Gründen eigentlich nicht mehr neue Entwürfe und Konzepte für Untersee-Boote mit 60 Hz- und 400 Hz-Strom netzen empfehlen. Eine drastische Verringerung der kapazi tiven und induktiven Anteile parasitärer Störströme ist also unbedingt erforderlich und für neue Systementwürfe von entscheidender Bedeutung.Having made considerable progress together depend on the antenna gain and the sensitivity of Receivers could be made, from previous did not actually think of new designs and reasons Concepts for submarine boats with 60 Hz and 400 Hz current recommend networks. A drastic reduction in capacity tive and inductive components of parasitic interference currents so absolutely necessary and for new system designs vital.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für die vorher angesprochenen Probleme aufzu zeigen. Es soll also eine hochsichere elektrische Anlage für Untersee-Boote vorgeschlagen werden, bei der das Auf treten der erwähnten Störströme vermieden wird und die dementsprechend eine hohe Wechselfeld-Ortungssicherheit hat. Außerdem sollen auch die akustische Ortungssicherheit verbessert und der Verbrauch an elektrischer Energie redu ziert werden.The invention is accordingly based on the object to find a solution to the problems previously mentioned demonstrate. So it's supposed to be a highly secure electrical system be proposed for submarine boats where the on occurrence of the mentioned interference currents is avoided and the accordingly, high alternating field location security Has. In addition, the acoustic location security should also improved and the consumption of electrical energy redu be decorated.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß so vorge gangen, daß bei der eingangs erwähnten elektrischen Anlage unter Vermeidung zentraler Wechselstromnetze rotierende An triebe als Gleichstrommaschinen oder als mit Umrichtern ge speiste Maschinen aus dem Batterienetz versorgt werden und daß für vorzugsweise jedes Gerät eine eigene Stromversor gung vorgesehen ist, wobei erforderliche Hilfsspannungen und geräteinterne Speisespannungen direkt aus dem Batterie netz über Netzteile erzeugt werden.To solve this problem, the invention is so went that in the electrical system mentioned above while avoiding central alternating current networks drives as DC machines or as with converters fed machines are supplied from the battery network and that for each device preferably a separate power supplier supply is provided, the required auxiliary voltages and device-internal supply voltages directly from the battery network generated by power supplies.

Auf diese Weise können quasi die vorher üblichen Entstörungs maßnahmen vermieden und in diesem Zusammenhang vielleicht noch erforderliche Maßnahmen in örtlich eng begrenzte und streufeldarme Bereiche der Netzteile verlagert werden, die man hinsichtlich einer Schirmung leicht übersehen und be herrschen kann. Insbesondere können nun zentrale Wechsel stromnetze entfallen, die bei bisher üblichen Stromversor gungsnetzen als eigentliche Verursacher der nachteiligen Störströme auf der Außenhaut des Bootskörpers aufgetreten sind.In this way, quasi the usual interference suppression measures avoided and perhaps in this context measures still required in locally restricted and Low stray areas of the power supplies are shifted one can easily be overlooked and shielded can rule. In particular, central changes can now be made Electricity networks are no longer required, as was the case with the current electricity supplier networks as the real cause of the disadvantageous Interference currents have occurred on the outer skin of the hull are.

Für die Stromversorgung der jeweiligen Geräte werden ge taktete Netzgeräte vorgesehen, deren Taktfrequenz ober halb des Empfangsfrequenzbereiches fremder Ortungssysteme liegen soll. Da die derzeit üblichen Ortungssysteme mit Frequenzen arbeiten, die unter 30 kHz liegen, sollte dem entsprechend die Taktfrequenz der Netzgeräte größer als 30 kHz sein.For the power supply of the respective devices are ge clocked power supplies provided, the clock frequency above half of the reception frequency range of other location systems should lie. Since the current usual location systems with Frequencies that are below 30 kHz should work accordingly, the clock frequency of the power supplies is greater than 30 kHz.

Außerdem wird durch die insofern zutreffenden Maßnahmen gleichzeitig erreicht, daß die akustische Ortungssicherheit des Untersee-Bootes verbessert wird, da das Eigengeräusch bekanntlich bei höheren akustischen Frequenzen besser als bei niedrigen Frequenzen gedämpft wird.In addition, the relevant measures achieved at the same time that the acoustic location security of the submarine boat is improved because of the inherent noise known to be better than at higher acoustic frequencies is damped at low frequencies.

Weiterhin ist zu bedenken, daß die bisher praktizierte Um setzung der Gleichstrom-Batterieleistung in Wechselstrom- Leistung, die zum größten Teil auch wieder gleichgerichtet werden muß, mit höheren Verlusten behaftet ist als eine Gleichstrom-Gleichstrom-Umsetzung mit geräteinternen Spei senetzen. Selbst wenn sich insofern auch durch den Übergang auf ein Gleichstrom-Betriebsnetz und auf getaktete Netztei le eine nur geringe Verbesserung hinsichtlich der Leistungs aufnahme erreichen lassen würde, hat dies dennoch aus ver ständlichen Gründen gerade bei Untersee-Booten eine beson dere Bedeutung , und zwar u.a. für die mögliche Fahrdauer.Furthermore, it should be borne in mind that the Um conversion of DC battery power into AC Performance that for the most part is also rectified must have higher losses than one DC-DC conversion with internal device memory set. Even if in this respect also through the transition on a direct current operating network and on clocked power supply le little improvement in performance would have achieved recording, this has nevertheless from ver due to reasons, especially with submarine boats their meaning, i.a. for the possible driving time.

Weitere Maßnahmen zur Unterdrückung von störenden Streufel dern können auch noch am Versorgungsnetz selbst getroffen werden. So sollte die Verteilung der Primärenergie aus dem Batterienetz dadurch streufeldarm erfolgen, daß die stromführenden Leiter in einer an sich bekannten Viereran ordnung verlegt werden und/oder daß Koaxialleiter zur An wendung kommen.Further measures to suppress disturbing litter can also hit the supply network itself will. So should the distribution of primary energy the battery network done by stray field that the current-carrying conductor in a quadruple known per se order are laid and / or that coaxial conductors to turn come.

Zur Erzielung einer guten elektromagnetischen Verträglich keit wird eine kapazitive Beschaltung zwischen den Leitungen des Batterienetzes nach Bootsmasse hin vermieden, um unsym metrische Störgrößen auf den Leitungen möglichst von vornher ein zu umgehen. Etwa dennoch auftretende Störgrößen können jedoch durch den Einsatz stromkompensierter Drosseln unter drückt werden, wobei zur Dämpfung symmetrischer Störgrößen außerdem Kapazitäten zwischen die Leiter der Stromversorgungs leitungen geschaltet werden können.To achieve good electromagnetic compatibility capacitive wiring between the lines the battery network to boat mass avoided to unsym metric disturbances on the lines, if possible, from the start a bypass. Any disturbance variables that may occur however, by using current-compensated chokes under be pressed, whereby to dampen symmetrical disturbances also capacities between the heads of the power supply lines can be switched.

Der erforderliche Signalaustausch zwischen den elektrischen und elektronischen Geräten, wie etwa zur Boots-, Navigations und Waffentechnik gehörenden Geräten, wird über zumindest ein Bussystem erfolgen, wobei aus Gründen der Redundanz zwei unabhängige Bussysteme vorgesehen werden können, die wählbar einzeln oder parallel betrieben werden können. Zweck mäßigerweise kommen Lichtleiter-Bussysteme zur Anwendung.The required signal exchange between the electrical and electronic devices, such as for boat, navigation and weapon technology-related devices, is about at least a bus system take place, for reasons of redundancy two independent bus systems can be provided that can be operated individually or in parallel. Purpose fiber optic bus systems are usually used.

In der anliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsführungsbei spiel für die erfindungsgemäße Anlage dargestellt, und zwar schematisch vereinfacht in Form eines Blockschaltbildes.In the attached drawing is an execution guide shown game for the system according to the invention, namely schematically simplified in the form of a block diagram.

Die Batterieanlage besteht aus vier Teilbatterien B 1-B 4, die wahlweise über Schalter S 1-S 4 mit einem Verteiler V ver bunden werden können. Dieser Verteiler kann u.a. die Schal ter, Sicherungselemente und dergleichen enthalten und mit Einrichtungen zur bootstechnischen Überwachung mit Anzeige instrumenten und dergleichen kombiniert sein.The battery system consists of four sub-batteries B 1 - B 4 , which can optionally be connected to a distributor V via switches S 1 - S 4 . This distributor can include the switch ter, fuse elements and the like and can be combined with devices for marine monitoring with display instruments and the like.

Mit weiteren Schaltern S 5-S 10 können die an Bord befindlichen Gleichstromverbraucher über den Verteiler V an die Batterie angeschlossen werden, wobei je nach Spannungsbedarf die Teilbatterien einzeln, parallel oder in Reihe aufgeschaltet werden können. Im übrigen können die Batterien in üblicher Weise dieselelektrisch nachgeladen werden.With further switches S 5 - S 10 , the on-board DC consumers can be connected to the battery via the distributor V , whereby depending on the voltage requirement, the sub-batteries can be connected individually, in parallel or in series. In addition, the batteries can be recharged in a conventional manner by diesel-electric means.

Für alle elektrischen bzw. elektronischen Geräte G ist eine eigene Stromversorgung in Form eines getakteten Netzteils N vorgesehen, welches die erforderlichen Hilfsspannungen und geräteinternen Speisespannungen bereitstellt. Wie bereits vorher erwähnt wurde, soll die Taktfrequenz der Netzteile N 1-N 3 so hoch sein, daß sie oberhalb des Empfangsfrequenzbe reiches herkömmlicher Ortungssysteme liegt. Unter Berück sichtigung der derzeit bei Ortungssystemen verwendeten Fre quenzen kommt beispielsweise eine Taktfrequenz von mindes tens 30 kHz in Betracht.A separate power supply in the form of a clocked power supply unit N is provided for all electrical or electronic devices G , which provides the necessary auxiliary voltages and device-internal supply voltages. As previously mentioned, the clock frequency of the power supplies N 1 - N 3 should be so high that it lies above the receive frequency range of conventional positioning systems. Taking into account the frequencies currently used in location systems, for example a clock frequency of at least 30 kHz can be considered.

Beim Gerät G 1 kann es sich um eine Konsole eines Radarge rätes handeln, dessen Antriebsmotor über das Netzteil N 1 versorgt wird. Das Netzteil N 2 speist etwa eine Waffenleit anlage G 2, während das Netzteil N 3 ein beliebiges anderes Gerät G 3 mit Strom versorgt. Im übrigen ist es verständlich, daß dieses System durch entsprechend mehr Netzteile und Geräte erweitert werden kann.The device G 1 can be a console of a radar device whose drive motor is supplied via the power supply N 1 . The power supply N 2 feeds about a weapon control system G 2 , while the power supply N 3 supplies any other device G 3 with power. In addition, it is understandable that this system can be expanded by correspondingly more power supplies and devices.

Der Signalaustausch zwischen den Geräten G, also etwa zur Boots-, Navigations- und Waffentechnik gehörenden Geräten, erfolgt über zumindest ein Bussystem. Wie schon erwähnt wur de, sind allerdings zwei unabhängige Bussysteme zweckmäßiger, die als Lichtleiter-Bussysteme ausgebildet und wählbar ein zeln oder parallel betrieben werden können. In der Darstel lung sind die zugehörigen Leitungen mit a 1-a 3 und b 1-b 3 be zeichnet worden.The signal exchange between devices G, that is to say devices belonging to boat, navigation and weapon technology, takes place via at least one bus system. As has already been mentioned, however, two independent bus systems are more expedient, which are designed as fiber-optic bus systems and can be operated individually or in parallel. In the presentation, the associated lines have been labeled a 1 - a 3 and b 1 - b 3 .

Weitere Gleichstromverbraucher, die direkt und ohne vorge schaltetes Netzteil aus dem Batterienetz Strom beziehen, sind beispielsweise rotierende Antriebe, wie etwa die zu bestimmten Zwecken vorgesehenen Maschinen M 1 und M 2, wobei es sich in diesen Fällen entweder um Gleichstrommaschinen oder mit Umrichter gespeisten Wechselstrom-Maschinen M han delt. Dabei kann die Maschine M 2 der Fahrmotor des Unter seebootes sein, für den der größte Spannungsbereich in der Größenordnung von beispielsweise 160 bis 1200 V vorgesehen wird, während für die übrigen Geräte G 1-G 3, Maschinen M und sonstigen Verbrauchern VS, wie die Fahranlage, Pumpen, Lüfter, Heizung und dergleichen, im allgemeinen ein Span nungsbereich von 160 bis 290 V ausreichen wird.Other direct current consumers that draw power directly from the battery network without an upstream power supply unit are, for example, rotating drives, such as the machines M 1 and M 2 provided for certain purposes, in which case these are either DC machines or AC-powered with converters. machinery M han delt. The machine M 2 can be the drive motor of the submarine, for which the largest voltage range of the order of, for example, 160 to 1200 V is provided, while for the other devices G 1 - G 3 , machines M and other consumers VS, such as the Driving equipment, pumps, fans, heating and the like, generally a voltage range of 160 to 290 V will suffice.

Claims

1. Electrical system for submarine boats with a battery, which may consist of several diesel-electric rechargeable sub-batteries and the electrical consumers cher on board, such as drives and electrical and electronic equipment, supplied with energy via the battery network, characterized in that under Avoiding central AC networks, rotating drives (M) as DC machines or as machines fed with converters are supplied from the battery network (B, V, S) and that each device (G) preferably has its own power supply, with the required auxiliary voltages and internal supply voltages are generated directly from the battery network via power supply units (N) .

2. Installation according to claim 1, characterized in that clocked power supply units (N) are provided for the power supply of the devices (G) , the clock frequency of which lies above the reception frequency range of external location systems.

3. Plant according to claim 2, characterized in that the Clock frequency is greater than 30 kHz.

4. Installation according to one of claims 1 to 3, characterized in that the distribution of the primary energy from the battery network (B, V, S) is stray field, namely by a four arrangement of the conductors and / or by coaxial lines.

5. Plant according to one of claims 1 to 4, characterized in that the capacitive wiring between the conductors of the battery network (B, V, S) to boat mass is prevented, while asymmetrical disturbances are suppressed by current-compensated chokes and required for damping symmetrical disturbances if capacities are connected between the power supply lines.

6. System according to one of claims 1 to 5, characterized in that the signal exchange between the electronic devices (G) , such as devices belonging to the boat, navigation and weapon technology, takes place via at least one bus system (a, b) .

7. Plant according to claim 6, characterized in that two independent light guide bus systems (a, b) are easily seen, which can be operated individually or in parallel.