RU156356U1 - Устройство для электроснабжения подводного аппарата с борта судна-носителя - Google Patents

Abstract

Устройство для электроснабжения подводного аппарата с борта судна-носителя, содержащее установленный в бортовой части выпрямитель, входные зажимы которого подключены к судовой электрической сети, а также линию связи с подводным аппаратом, питающий конец которой подключен к выходным зажимам бортовой части системы электроснабжения, а приемный конец соединен с размещенными на подводном объекте группами потребителей, отличающееся тем, что выходные зажимы выпрямителя бортовой части соединены с двумя конверторами постоянного тока с параллельно включенными конденсаторами фильтров, один из указанных конверторов соединен с положительным выводом указанного выпрямителя и нулевым проводом, а второй - с отрицательным выводом указанного выпрямителя и нулевым проводом, в каждую жилу линии связи на выходах данных конверторов введены датчики тока, сигналы с которых преобразуются в напряжения по каждой жиле, и подаются к схеме управления указанными конверторами постоянного тока, при этом питающий конец линии связи соединен с выходами указанных конверторов постоянного тока, а к приемному концу, между нулевым и плюсовым зажимами, подключена первая группа потребителей подводного аппарата через параллельно включенный конденсатор, между нулевым и плюсовым зажимами подключена вторая группа потребителей подводной части через параллельно включенный конденсатор, а между плюсовым и минусовым зажимами подключена третья группа потребителей, состоящая из двигателей, установленных на подводном аппарате.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к устройствам для передачи электроэнергии с судна-носителя для электроснабжения подводного аппарата по линии связи (кабель-тросу).

В последние годы происходит бурное развитие подводных аппаратов, которые позволяют проводить исследования на больших глубинах до 6000 м. Такой подводный аппарат требует использования кабель-троса длиной в 1,3÷1,5 раза большей, чем указанная глубина.

Однако задача электроснабжения подводного аппарата, ввиду ограниченной пропускной способности кабель-троса, связывающего аппарат с судном, при больших глубинах погружения является достаточно сложной. При такой длине кабель-троса, передача электрической энергии переменным током, мощностью несколько десятков киловатт, возможна только путем повышения напряжения в кабель-тросе. При традиционной схеме электропередачи переменного тока с повышающим трансформатором в начале линии связи и понижающим в ее конце, невозможно получить одновременно стабильность напряжения в конце линии при изменении нагрузки и максимальную пропускную способность линии. Кроме того, в данной системе имеют место потери в кабель-тросе, вызванные емкостным током в кабеле.

Передача электроэнергии на частоте 50 Гц требует использования трансформаторов, имеющих большой вес и габариты. Передача на повышенной частоте (400÷1000) Гц обеспечивает снижение веса и габаритов трансформатора, но для таких систем требуется преобразование частоты на борту обеспечивающего судна. Обычно, это можно сделать с помощью частотно-регулируемого электропривода. Приводные частотно-регулируемые системы к усложнению и снижению надежности системы, и кроме того, они добавляют гармоники к системе электроснабжения, а также могут быть очень дорогими.

Передача электроэнергии по кабель-тросу на постоянном токе имеет ряд отличий от систем переменного тока: отсутствие реактивной составляющей тока кабель-троса; меньшее падение напряжения. В результате, системы постоянного тока имеют ряд достоинств, связанные с отсутствием реактивной составляющей тока кабель-троса, меньшими потерями мощности в кабеле, а также габаритами и стоимостью кабеля, однако, основными недостатками системы являются проблемы, связанные с защитой по току и преобразованием высокого напряжения постоянного тока в подводной части системы. Данные недостатки систем на постоянном токе требуют тщательной проработки.

Известна система передачи мощности постоянного тока по патенту РФ №2330939. Система энергоснабжения, в которой электропитание подается от источника переменного напряжения, расположенного на первом пункте (судне-носителе), к электрическому устройству на удаленном пункте (подводном аппарате). Система содержит группу преобразователей переменного напряжения в постоянное напряжение, расположенных на первом пункте, и группу преобразователей постоянного напряжения, размещенных на удаленном пункте. Входы каждого преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение соединены параллельно с источником переменного напряжения, а выходы последовательно соединены с электрическим проводником (кабелем). Каждый преобразователь постоянного напряжения, размещенный на удаленном пункте, своим входом соединен с электрическим кабелем, а выходом соединен с электрическим устройством для питания постоянным или переменным напряжением электрических устройств, расположенных на удаленном пункте.

Известна также система передачи мощности на постоянном токе по патенту РФ №2399140. Устройство для электроснабжения подводного объекта с борта судна-носителя, содержит установленные на судне-носителе повышающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к судовой электрической сети, и выпрямитель, входные зажимы которого подключены к вторичной обмотке повышающего трансформатора. Питающий конец линии связи с подводным объектом подключен к выходным зажимам выпрямителя, а приемный конец соединен с размещенными на подводном объекте вторичными источниками питания, к выходам которых подключены потребители электроэнергии подводного объекта. В устройство введен импульсный преобразователь постоянного напряжения, входные зажимы которого подключены к приемным концам линии связи и гальванически развязаны от его выходных зажимов, а также, подключенные к этим зажимам шины постоянного тока, к которым подключены входы вторичных источников питания и часть потребителей подводного объекта. В качестве выпрямителя используется управляемый выпрямитель напряжения.

Недостатком данного устройства является наличие общего импульсного преобразователя в подводной части, который состоит из автономного инвертора напряжения, подключенного к его выходным зажимам трансформатора и выпрямителя, подключенного к выходным зажимам трансформатора. Кроме того, к общей шине 12 подключен еще один инвертор. Все это увеличивает габариты и вес устройств, размещенных в подводной части.

Кроме того, недостатками таких устройств является то, что все потребители снабжаются через общую шину 12, и во время переходных процессов, таких как пуск или отключение системы, в шине возникают скачки тока, что снижает надежность работы всей системы в целом.

В подводных аппаратах основными потребителями электроэнергии являются двигатели, рабочее постоянное напряжение которых составляет 600 В. Для остальных потребителей, а это научно-исследовательская, фотографическая, телевизионная аппаратура, устройства управления, манипуляторы и т.п, на подводном аппарате формируется напряжение 300 В, которое посредством дополнительных преобразователей постоянного тока преобразуются в напряжения необходимой величины для каждого конкретного устройства.

Задача полезной модели - улучшение массогабаритных показателей устройств системы электроснабжения, размещенных в подводной части, с одновременным повышением надежности работы системы за счет балансирования напряжения на нагрузках - потребителях.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для электроснабжения подводного аппарата с борта судна-носителя, содержащем установленный в бортовой части выпрямитель, входные зажимы которого подключены к судовой электрической сети, а также линию связи с подводным аппаратом, питающий конец которой подключен к выходным зажимам бортовой части системы электроснабжения, а приемный конец соединен с размещенными на подводном объекте группами потребителей, выходные зажимы выпрямителя бортовой части соединены с двумя конверторами постоянного тока с параллельными выходными конденсаторами. Один из указанных конверторов соединен с положительным выводом указанного выпрямителя и нулевым проводом, а второй - с отрицательным выводом указанного выпрямителя и нулевым проводом. В каждую жилу линии связи на выходах данных конверторов введены датчики тока, сигналы с которых преобразуются в напряжения по каждой жиле, и подаются к схеме управления указанными конверторами постоянного тока. При этом питающий конец линии связи соединен с выходами указанных конверторов постоянного тока, а к приемному концу, между нулевым и плюсовым зажимами, подключена первая группа потребителей подводного аппарата через параллельно включенный конденсатор, между нулевым и плюсовым зажимами подключена вторая группа потребителей подводной части через параллельно включенный конденсатор, а между плюсовым и минусовым зажимами подключена третья группа потребителей, состоящая из двигателей, установленных на подводном аппарате.

Далее сущность указанных вариантов поясняется с помощью рисунка, на котором представлена блок схема предлагаемого устройства.

Система электроснабжения подводного объекта состоит из бортовой части 1 и подводной части 2, соединенных линией связи 3. Бортовая часть 1, располагаемая на судне-носителе, запитанная от бортовой сети 4, содержит выпрямитель 5, выходные зажимы которого соединены с двумя конверторами постоянного тока 6 и 7. Конверторы 6 и 7 соединены последовательно и организуют среднюю точку, к которой подключена нулевая жила линии связи 3. Конвертор 6 включен между положительным выводом выпрямителя 5 и нулевой жилой линии связи 3, а конвертор 7 - между отрицательным выводом выпрямителя 5 и нулевым жилой линии связи 3. Конверторы постоянного тока 6 и 7 управляются схемой управления 8, а конденсаторы 9 и 10 являются выходными фильтрами данных конверторов. Далее, в каждую жилу лини связи 3, на выходах преобразователей 6 и 7 введены датчики тока 11, 12 и 13, сигналы с которых преобразуются в напряжения обратной связи и передаются к схеме управления 8. Питающий конец линии связи 3, содержащей три жилы, соединен с выходами указанных конверторов постоянного тока. К приемному концу линии связи 3, между нулевым и плюсовым зажимами, подключена первая группа потребителей 16 подводного аппарата через параллельно включенный конденсатор 14, между нулевым и минусовым зажимами подключена вторая группа потребителей 17 подводной части через параллельно включенный конденсатор 15, а между плюсовым и минусовым зажимами подключена третья группа потребителей 18, состоящая из двигателей подводного аппарата. Конденсаторы 14 и 15 подводной части представляют собой входные фильтры подводной части системы электроснабжения.

Устройство работает следующим образом: трехфазное напряжение бортовой сети 4 поступает на вход выпрямителя 5. Выпрямленное напряжение с выхода выпрямителя 5 поступает на два последовательно включенных конвертора постоянного тока 6 и 7, которые обеспечивают преобразование напряжения постоянного тока одной величины в напряжения постоянного тока другой величины необходимой для передачи по линии связи 3 в подводную часть 2, а также его стабилизацию и балансирование при изменении нагрузки. Стабилизированное напряжение постоянного тока с выхода конверторов 6 и 7 через фильтр, собранный на конденсаторах 9 и 10 со средней точкой, и датчики тока 11, 12 и 13 поступает на входные зажимы линии связи 3. Напряжение с выхода линии связи 3 поступает на входной фильтр 14 и 15 и на группы потребителей 16, 17 и 18. Стабилизация напряжения на потребителях 16, 17 и 18 осуществляется конверторами 6 и 7 за счет обратной связи по току с датчиков тока 11, 12 и 13. При этом также по сигналам датчиков тока 11, 12. 13 схема управления 8 управляет работой конверторов 6 и 7, так чтобы они обеспечивали симметричную загрузку жил линии связи 3 в зависимости от мощности потребления групп 16 и 17.

Напряжения на группах потребителей 16, 17 и 18 определяются по следующим выражениям:

U_ПЧ1=U_БЧ1+I_ж1R_ж1+I_ж0R_ж0,

U_ПЧ2=U_БЧ2+I_ж2R_ж2+I_ж0R_ж0,

U_ПЧ3=U_ПЧ1+U_ПЧ2,

где U_ПЧ1, U_ПЧ2 и U_ПЧ3 - напряжение на группах потребителей 16, 17 и 18;

U_БЧ1, U_БЧ2- напряжение с выхода конвертора 6, 7;

I_ж1, I_ж2, I_ж0 - ток в первой, второй и нулевой жиле линии связи;

R_ж1, R_ж2, R_ж3 - сопротивление первой, второй и нулевой жилы линии связи.

Основными достоинствами данной системы являются простота и высокие массогабаритные показатели подводной части системы 2.

За счет того что, по линии связи 3 передается постоянное напряжение и отсутствует реактивная составляющая тока, обеспечиваются более низкие потери мощности в линии связи 3 по сравнению с передачей энергии на переменном токе. Также в подводной части 2 отсутствует аппаратура преобразования постоянного тока, и напряжение с выхода линии связи 3 непосредственно поступает к потребителям электроэнергии 16, 17 и 18, что создает возможность установки дополнительного научно-исследовательского и иного оборудования в подводной части системы 2.

Claims (1)

1. Устройство для электроснабжения подводного аппарата с борта судна-носителя, содержащее установленный в бортовой части выпрямитель, входные зажимы которого подключены к судовой электрической сети, а также линию связи с подводным аппаратом, питающий конец которой подключен к выходным зажимам бортовой части системы электроснабжения, а приемный конец соединен с размещенными на подводном объекте группами потребителей, отличающееся тем, что выходные зажимы выпрямителя бортовой части соединены с двумя конверторами постоянного тока с параллельно включенными конденсаторами фильтров, один из указанных конверторов соединен с положительным выводом указанного выпрямителя и нулевым проводом, а второй - с отрицательным выводом указанного выпрямителя и нулевым проводом, в каждую жилу линии связи на выходах данных конверторов введены датчики тока, сигналы с которых преобразуются в напряжения по каждой жиле, и подаются к схеме управления указанными конверторами постоянного тока, при этом питающий конец линии связи соединен с выходами указанных конверторов постоянного тока, а к приемному концу, между нулевым и плюсовым зажимами, подключена первая группа потребителей подводного аппарата через параллельно включенный конденсатор, между нулевым и плюсовым зажимами подключена вторая группа потребителей подводной части через параллельно включенный конденсатор, а между плюсовым и минусовым зажимами подключена третья группа потребителей, состоящая из двигателей, установленных на подводном аппарате.

   

Images