RU2561476C2

RU2561476C2 - Operation of submarine and submarine

Info

Publication number: RU2561476C2
Application number: RU2013151052/11A
Authority: RU
Inventors: Юрген ЭККЕРТ
Original assignee: Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2015-08-27
Also published as: WO2012143210A1; AU2012244439A1; KR101588101B1; EP2683605B1; DE102011007599A1; KR20130135959A; RU2013151052A; ES2564131T3; AU2012244439B2; EP2683605A1; BR112013026648A2

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: set of inventions relates to equipment for submarines. In submarine operation drive motor is used supplied via pulse gate frequency converters. Subject to versions of connection of its phase windings inverter can be operated in surface and underwater navigation modes. In the case of said first mode drive motor efficiency and its acoustic noises are optimised. Mode changeover occurs at a definite working point defined subject to drive motor rpm, current of phase windings and propeller characteristics. Submarine comprises drive motor with winding divided into several phase windings that can be connected in both series and parallel. Phase windings are connected to DC source via two half-bridges. Two half-bridges and switch are used for serial connection of phase windings.

EFFECT: optimised motor operation.

13 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к способу эксплуатации подводной лодки согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения или к подводной лодке согласно ограничительной части пункта 8 формулы изобретения.The invention relates to a method of operating a submarine according to the restrictive part of paragraph 1 of the claims or to a submarine according to the restrictive part of paragraph 8 of the claims.

Пропульсивная система привода подводной лодки, описанная в патенте WO 2004/068694, содержит электрическую машину, выполненную в виде синхронной машины с ротором с возбуждением от постоянного магнита и со статором с установленной в нем статорной обмоткой, содержащей множество фаз обмотки, например 24 фазы обмотки. При этом для каждой из фазных обмоток имеется соответствующий отдельный однофазный вентильный преобразователь частоты для подпитки фазной обмотки электрическим током. При этом вентильные преобразователи частоты для подпитки фазных обмоток находятся внутри модульных вентильных преобразователей частоты и установлены на стенде преобразователя в осевом направлении между подшипниковыми щитами со сторон А и В. При этом вентильные преобразователи выступают в промежуточное пространство, образованное валом синхронной машины и несущей ротор втулкой ротора, прочно на скручивание закрепленной на валу.The propulsive submarine drive system described in patent WO 2004/068694 contains an electric machine made in the form of a synchronous machine with a rotor with excitation from a permanent magnet and with a stator with a stator winding installed in it, containing many winding phases, for example, 24 phases of the winding. Moreover, for each of the phase windings, there is a corresponding separate single-phase valve frequency converter for feeding the phase winding with electric current. At the same time, valve frequency converters for feeding phase windings are located inside the modular valve frequency converters and are mounted on the converter stand in the axial direction between the bearing shields from sides A and B. Moreover, the valve converters protrude into the intermediate space formed by the synchronous machine shaft and the rotor bearing the rotor hub firmly on twisting fixed on the shaft.

Такие пропульсивные системы привода подводных лодок пользуются большой популярностью за свою большую компактность, за связанную с этим незначительную потребность в месте и за малые шумы, производимые при работе, и сбываются заявителем, например, под фирменным знаком «SINAVY Permasyn».Such propulsion submarine drive systems are very popular for their great compactness, for the consequent insignificant need for space and for the small noise produced during operation, and come true by the applicant, for example, under the brand name “SINAVY Permasyn”.

Однофазный вентильный преобразователь частоты, приданный каждой фазной обмотке, снабжается электроэнергией от источника питания постоянного тока. При этом каждый импульсный вентильный преобразователь частоты обычно содержит два полумоста, каждый с двумя полупроводниковыми переключателями. С помощью соответствующих устройств управления переключатели управляются таким образом, что на выходных зажимах импульсного вентильного преобразователя частоты и тем самым на подсоединенной там фазной обмотке устанавливается желательное напряжение. При этом выходное напряжение возникает как разностное напряжение выходных потенциалов обоих полумостов.A single-phase valve frequency converter, attached to each phase winding, is supplied with electricity from a DC power source. Moreover, each pulse gate frequency converter usually contains two half-bridges, each with two semiconductor switches. By means of appropriate control devices, the switches are controlled in such a way that the desired voltage is set at the output terminals of the pulse valve inverter and thereby at the phase winding connected there. In this case, the output voltage arises as the differential voltage of the output potentials of both half-bridges.

При этом двигатель имеет два рабочих режима или рабочих диапазона:In this case, the engine has two operating modes or operating ranges:

а) Первый рабочий режим для работы двигателя с оптимальным коэффициентом полезного действия и с акустически оптимальными шумами в режиме малых оборотов двигателя, когда две соответствующие фазные обмотки посредством добавочного дросселя включены последовательно и подпитываются от соответствующего полумоста импульсных вентильных преобразователей частоты, приданных обеим фазным обмоткам. В этом случае все схемы последовательного включения фазных обмоток, вытекающие из этого и подпитываемые постоянным напряжением от общего источника питания постоянного тока, снова в свою очередь включены параллельно друг другу.a) The first operating mode for operation of the engine with the optimal efficiency and with acoustically optimal noise at low engine speed, when two corresponding phase windings are connected in series via an additional inductor and fed from the corresponding half-bridge of pulse valve frequency converters assigned to both phase windings. In this case, all schemes for sequentially switching on the phase windings resulting from this and fed by a constant voltage from a common DC power supply are again in turn connected in parallel to each other.

б) Второй рабочий режим для работы на сравнительно больших оборотах и для больших приводных мощностей, когда все фазные обмотки подпитываются от соответствующего установленного внутри импульсного вентильного преобразователя частоты, и при этом все фазные обмотки, подпитываемые постоянным напряжением от источника питания постоянного тока, включены параллельно друг другу.b) The second operating mode for operation at relatively high revolutions and for high drive powers, when all phase windings are powered from the corresponding internal pulse converter, and all phase windings powered by constant voltage from a DC power source are connected in parallel to each other to a friend.

Электрическая схема такого переключения описана, например, в патентах ЕР 0334112 В1 и DE 3345271 А.The electrical circuit of such a switch is described, for example, in patents EP 0334112 B1 and DE 3345271 A.

При этом определена рабочая точка, по достижении которой происходит переключение с первого режима работы на второй или наоборот. Рабочая точка может быть определена, например, пороговой величиной числа оборотов приводного двигателя, причем эта пороговая величина в свою очередь определена максимально допустимым номинальным током в схеме последовательного включения фазных обмоток.At the same time, the operating point is determined, upon reaching which the switch from the first mode of operation to the second or vice versa. The operating point can be determined, for example, by a threshold value of the number of revolutions of the drive motor, and this threshold value, in turn, is determined by the maximum permissible rated current in the series connection circuit of the phase windings.

Поскольку в случае судна или лодки приводная мощность и тем самым нагрузочный ток связаны с числом оборотов согласно характеристике винта, можно получить число оборотов, начиная с которого наступает превышение допустимого номинального тока.Since in the case of a ship or boat, the drive power and thereby the load current are related to the number of revolutions according to the characteristics of the propeller, it is possible to obtain the number of revolutions from which the permissible rated current is exceeded.

Если двигатель находится в первом рабочем режиме и пороговая величина для числа оборотов превышается, приводной двигатель переключается устройством управления на второй рабочий режим. Если двигатель, наоборот, находится во втором рабочем режиме и пороговая величина для числа оборотов превышается, приводной двигатель переключается устройством управления со второго рабочего режима на первый.If the engine is in the first operating mode and the threshold value for the speed is exceeded, the drive motor is switched by the control device to the second operating mode. If the engine, on the contrary, is in the second operating mode and the threshold value for the speed is exceeded, the drive motor is switched by the control device from the second operating mode to the first.

Исходя из этого задачей настоящего изобретения при способе согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения или при подводной лодке согласно ограничительной части пункта 8 формулы изобретения является достижение возможно более длительной работы двигателя в первом рабочем режиме, т.е. при оптимизации, например, в отношении коэффициента полезного действия и акустических шумов.Based on this, the object of the present invention with the method according to the restrictive part of paragraph 1 of the claims or with a submarine according to the restrictive part of paragraph 8 of the claims is to achieve as long as possible the engine in the first operating mode, i.e. in optimization, for example, in terms of efficiency and acoustic noise.

Решение задачи, относящейся к способу, удается согласно отличительной части пункта 1 формулы изобретения за счет того, что при надводном плавании подводной лодки для переключения выбирается иная рабочая точка, нежели чем при подводном плавании подводной лодки.The solution to the problem related to the method is possible according to the characterizing part of paragraph 1 of the claims due to the fact that when the surface of the submarine is selected, a different operating point is selected for switching than that of the submarine.

При этом за основу берется понимание того, что до сих пор рабочую точку для переключения приходилось получать по характеристике винта для надводного плавания, поскольку она имеет более крутой ход, чем характеристика винта для подводного плавания, и что таким образом она является «более критической», т.е. с увеличением числа оборотов приводит к большим токам в фазной обмотке, чем при подводном плавании. Однако при учете режима плавания подводной лодки могут учитываться, соответственно, связанные с этим разные характеристики винта для надводного и подводного плаваний и тем самым могут получаться рабочая точка для переключения при надводном плавании и отличная от нее рабочая точка для переключения при подводном плавании. Поскольку ход характеристики винта при подводном плавании является более пологим, чем ход характеристики винта при надводном плавании, существует диапазон числа оборотов, при котором двигатель в случае подводного плавания еще находится в первом рабочем режиме, однако в случае надводного плавания уже во втором рабочем режиме. Таким образом с помощью способа согласно изобретению в случае подводного плавания работа в первом рабочем режиме, т.е., например, при оптимизации в отношении коэффициента полезного действия и акустических шумов, может продлеваться. При этом особым преимуществом является то, что это возможно без необходимости в серьезных конструктивных изменениях двигателя.At the same time, the understanding is based on the fact that so far the switching point has to be obtained by the characteristic of a surface-propeller screw, since it has a steeper course than the characteristic of a scuba screw, and that in this way it is “more critical”, those. with an increase in the number of revolutions, it leads to higher currents in the phase winding than underwater diving. However, when taking into account the submarine’s navigation mode, correspondingly different characteristics of the propeller for surface and underwater diving can be taken into account, and thus an operating point for switching during surface diving and a different working point for switching during diving can be obtained. Since the course of the propeller’s characteristics during scuba diving is more gentle than the course of the propeller’s characteristics during surface swimming, there is a speed range in which the engine is still in the first operating mode in case of scuba diving, but already in the second operating mode in the case of surface swimming. Thus, using the method according to the invention, in the case of scuba diving, the operation in the first operating mode, i.e., for example, when optimizing in terms of efficiency and acoustic noise, can be extended. Moreover, a particular advantage is that this is possible without the need for serious structural changes to the engine.

Предпочтительно, первым рабочим режимом является режим, в котором приводной двигатель оптимизирован в отношении своего коэффициента полезного действия и своих акустических шумов.Preferably, the first operating mode is a mode in which the drive motor is optimized with respect to its efficiency and its acoustic noise.

Рабочий режим для переключения может быть особенно просто определен пороговой величиной числа оборотов приводного двигателя. Однако пороговые величины возможны также для других рабочих параметров.The operating mode for switching can be particularly easily determined by the threshold value of the number of revolutions of the drive motor. However, threshold values are also possible for other operating parameters.

Пороговая величина числа оборотов может быть получена по пороговой величине для максимально допустимого номинального тока за счет соответствующего числа последовательно включенных фазных обмоток, т.е. за счет схемы последовательного включения фазных обмоток, и по характеристике винта.The threshold value of the number of revolutions can be obtained from the threshold value for the maximum permissible rated current due to the corresponding number of phase windings connected in series, i.e. due to the series connection of phase windings, and by the characteristic of the screw.

Режим плавания особенно просто может быть определен путем регистрации глубины погружения подводной лодки. Для этого в распоряжении имеются разные возможности, известные специалисту. Предпочтительно регистрация глубины погружения осуществляется системой автоматизации более высокого уровня иерархии.The sailing regime can be particularly easily determined by recording the submersion depth of the submarine. For this, there are various possibilities known to the specialist. Preferably, the immersion depth is recorded by an automation system of a higher hierarchy level.

В одном из конструктивно особенно простых вариантов осуществления фазные обмотки посредством двух соответствующих полумостов подсоединены к источнику питания постоянного тока.In one structurally particularly simple embodiment, the phase windings are connected to two DC half-bridges by means of a DC power supply.

Для простоты изготовления схемы последовательного включения соответствующего числа фазных обмоток два соответствующих полумоста из этих фазных обмоток могут быть соединены друг с другом коммутирующим элементом.For ease of manufacture, the series connection circuit of the corresponding number of phase windings, two corresponding half-bridge of these phase windings can be connected to each other by a switching element.

Решение задачи, относящейся к подводной лодке, согласно отличительной части пункта 8 формулы изобретения удается за счет того, что устройство управления выполнено таким образом, что во время надводного плавания подводной лодки оно выбирает иную рабочую точку для переключения, нежели чем при подводном плавании подводной лодки.The solution of the problem related to the submarine, according to the characterizing part of paragraph 8 of the claims, is achieved due to the fact that the control device is designed in such a way that during the surface swimming of the submarine it selects a different operating point for switching than when diving the submarine.

Согласно предпочтительной форме исполнения подводной лодки первым рабочим режимом является режим, в котором приводной двигатель оптимизирован в отношении своего коэффициента полезного действия и своих акустических шумов.According to a preferred embodiment of the submarine, the first operating mode is the mode in which the drive motor is optimized with respect to its efficiency and its acoustic noise.

Предпочтительно рабочая точка определена пороговой величиной числа оборотов приводного двигателя.Preferably, the operating point is determined by a threshold value of the number of revolutions of the drive motor.

Предпочтительно пороговая величина числа оборотов получается из пороговой величины максимально допустимого номинального тока с помощью последовательно включенных фазных обмоток и характеристики винта.Preferably, the threshold value of the number of revolutions is obtained from the threshold value of the maximum permissible rated current with the help of series-connected phase windings and characteristics of the screw.

Фазные обмотки посредством двух соответствующих полумостов, предпочтительно, подсоединены к источнику питания постоянного тока.The phase windings, by means of two corresponding half-bridges, are preferably connected to a DC power supply.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления для последовательного включения соответствующего числа фазных обмоток два соответствующих полумоста их этих фазных обмоток соединяются друг с другом коммутирующим элементом.According to another preferred embodiment, for sequentially connecting an appropriate number of phase windings, two respective half-bridges of these phase windings are connected to each other by a switching element.

Преимущества, указанные для способа согласно изобретению и его предпочтительных вариантов осуществления, относятся, соответственно, к подводной лодке согласно изобретению и к ее соответствующим предпочтительным формам исполнения.The advantages indicated for the method according to the invention and its preferred embodiments relate, respectively, to the submarine according to the invention and its corresponding preferred forms of execution.

Ниже изобретение, а также его другие предпочтительные варианты осуществления более подробно поясняются на примерах выполнения на фигурах, на которыхBelow the invention, as well as its other preferred embodiments, are explained in more detail in the exemplary embodiments in the figures, in which

Фиг.1 изображает местный разрез принципиального варианта осуществления пропульсивной системы привода для подводной лодки с синхронной машиной с возбуждением от постоянного магнита и с импульсными вентильными преобразователями частоты, установленными в корпусе машины,Figure 1 depicts a local section of a fundamental embodiment of a propulsion drive system for a submarine with a synchronous machine with excitation from a permanent magnet and with pulse valve frequency converters installed in the machine body,

Фиг.2 - подводную лодку с пропульсивной системой привода на Фиг.1,Figure 2 - a submarine with a propulsive drive system in figure 1,

Фиг.3 - принципиальную схему расположения фазных обмоток и импульсных вентильных преобразователей частоты приводного двигателя на Фиг.1,Figure 3 is a schematic diagram of the arrangement of phase windings and pulse gate converters of frequency of the drive motor of Figure 1,

Фиг.4 - принципиальную схему питания двух фазных обмоток, включенных параллельно и последовательно, иFigure 4 is a circuit diagram of the power supply of two phase windings connected in parallel and in series, and

Фиг.5 - диаграмму с характеристиками винта для надводного и подводного плавания.5 is a diagram with the characteristics of the screw for surface and scuba diving.

На Фиг.1 в принципиальном виде в местном разрезе изображена пропульсивная система 1 привода подводной лодки, которая, как показано на Фиг.2, обычно установлена в кормовой части 102 подводной лодки 100 и приводит во вращение винт 101 для привода подводной лодки 100. В случае подводной лодки 100 речь идет, например, об обычной подводной лодке с экипажем от 50 до 100 человек. Пропульсивная система 1 привода имеет, например, мощность 0,5-2 МВт.In Fig. 1, in principle, in a local section, a propulsion system 1 of a submarine drive is shown, which, as shown in Fig. 2, is usually installed in the aft part 102 of the submarine 100 and rotates the screw 101 to drive the submarine 100. In the case of submarine 100 is, for example, a conventional submarine with a crew of 50 to 100 people. The propulsive drive system 1 has, for example, a power of 0.5-2 MW.

Пропульсивная система 1 привода подводной лодки содержит выполненный в виде синхронной машины приводной двигатель 2 с ротором 3 с возбуждением от постоянного магнита и со статором 4 со статорной обмоткой 5. При этом статорная обмотка 5, как это, в частности, вытекает из принципиальной схемы на Фиг.3, делится на множество фазных обмоток 6, 6', из которых в случае стандартной обмотки 5, в принципе изображенной на Фиг.3, предусмотрены 24 фазных обмотки 6, 6'.The propulsion system 1 of the submarine’s drive comprises a synchronous machine drive motor 2 with a rotor 3 with excitation from a permanent magnet and with a stator 4 with a stator winding 5. Moreover, the stator winding 5, as this, in particular, follows from the circuit diagram in FIG. .3 is divided into a plurality of phase windings 6, 6 ′, of which, in the case of a standard winding 5, in principle shown in FIG. 3, 24 phase windings 6, 6 ′ are provided.

Приводной двигатель 2 содержит корпус 10 машины, окружающий внутреннее пространство 19, в котором установлены ротор 3 и статор 4. Корпус 10 машины формируется в осевом направлении, т.е. в направлении оси вращения вала 9 машины, подшипниковыми щитами 11 и 12 со сторон А и В.The drive motor 2 comprises a machine body 10 surrounding an interior space 19 in which a rotor 3 and a stator 4 are mounted. The machine body 10 is formed in the axial direction, i.e. in the direction of the axis of rotation of the shaft 9 of the machine, bearing shields 11 and 12 from sides A and B.

При этом для каждой из фазных обмоток 6, 6'имеется соответствующий отдельный импульсный вентильный преобразователь 7 частоты для подпитки соответствующей фазной обмотки 6, 6' электрическим током (см. Фиг.3). При этом подсоединение каждой отдельной фазной обмотки 6, 6' к приданному ей вентильному преобразователю 7 частоты осуществляется посредством соединительных проводов 8.Moreover, for each of the phase windings 6, 6 'there is a corresponding separate pulse valve frequency converter 7 for feeding the corresponding phase winding 6, 6 'with electric current (see Figure 3). Moreover, the connection of each individual phase winding 6, 6 'to the attached frequency converter 7 is carried out by means of connecting wires 8.

Вентильные преобразователи 7 частоты, питающие статорную обмотку 5, установлены внутри двигателя 2 между подшипниковыми щитами 11 и 12 со сторон А и В на стенде 13 преобразователя и находятся в преобразовательных модулях 14. При этом преобразовательные модули 14 выступают в промежуточное пространство 20, образованное между валом 9 двигателя 2 и прочно на скручивание закрепленной на нем колоколообразной втулкой 21 ротора, несущей ротор 3. Вместо колоколообразной втулки 21 ротора может быть использована также Т-образная втулка ротора, образующая по обе стороны вала 9 ротора соответствующее промежуточное пространство 20, в которое выступают преобразовательные модули 14.Valve frequency converters 7 supplying the stator winding 5 are installed inside the motor 2 between the bearing shields 11 and 12 from the sides A and B on the converter stand 13 and are located in the converter modules 14. In this case, the converter modules 14 protrude into the intermediate space 20 formed between the shaft 9 of the motor 2 and is firmly twisted by the rotor bell-shaped sleeve 21 of the rotor fixed on it and supporting the rotor 3. Instead of the bell-shaped rotor sleeve 21, a T-shaped rotor sleeve forming along baa side rotor shaft 9 corresponding to the intermediate space 20, into which protrude converter modules 14.

В примере выполнения, изображенном на Фиг.3, в один преобразовательный модуль 14 собраны по два вентильных преобразователя 7 частоты, выполненных в качестве инверторов, а именно вентильные преобразователи WR101 и WR102, WR103 и WR104, WR105 и WR106, WR107 и WR108, WR109 и WR110, WR111 и WR112, WR201 и WR202, WR203 и WR204, WR205 и WR206, WR207 и WR208, WR209 и WR210, WR211 и WR212.In the exemplary embodiment depicted in FIG. 3, two valve converters 7 of frequency configured as inverters are assembled into one converter module 14, namely, valve converters WR101 and WR102, WR103 and WR104, WR105 and WR106, WR107 and WR108, WR109 and WR110, WR111 and WR112, WR201 and WR202, WR203 and WR204, WR205 and WR206, WR207 and WR208, WR209 and WR210, WR211 and WR212.

Шесть преобразовательных модулей 14 для подпитки фазных обмоток 6 подключены посредством предусмотренной для них соединительной линии 15 к части 17 сети источника питания постоянного тока подводной лодки, здесь - бортовой сети постоянного тока подводной лодки. Шесть преобразовательных модулей 14 для подпитки фазных обмоток 6' подсоединены посредством предусмотренной для них соединительной линии 16 к части 18 сети источника питания постоянного тока.Six converter modules 14 for feeding the phase windings 6 are connected via the connecting line 15 provided for them to part 17 of the submarine's DC power supply network, here, the submarine's on-board DC network. Six converter modules 14 for feeding the phase windings 6 'are connected by means of a connecting line 16 provided for them to a part 18 of the DC power supply network.

Вместо двух вентильных преобразователей 7 частоты в каждом модульном преобразователе 14 частоты в один преобразовательный модуль 14 могут быть сведены более двух вентильных преобразователя 7 частоты.Instead of two valve frequency converters 7 in each modular frequency converter 14, more than two valve frequency converters 7 can be combined into one converter module 14.

При этом двигатель имеет один первый рабочий режим, при котором каждые две фазные обмотки 6 и 6' соединены последовательно, и второй рабочий режим, при котором все фазные обмотки 6 и 6' соединены параллельно друг другу.In this case, the motor has one first operating mode in which every two phase windings 6 and 6 'are connected in series, and a second operating mode in which all phase windings 6 and 6' are connected in parallel to each other.

В принципиальной схеме на Фиг.4 изображена подпитка двух соответствующих фазных обмоток 6 в качестве примера для вентильных преобразователей частоты WR101 и WR102. Соответствующая функциональность имеет место и для других вентильных преобразователей частоты или пар вентильных преобразователей частоты системы 1 привода.In the schematic diagram of FIG. 4, the feeding of two respective phase windings 6 is shown as an example for valve converters WR101 and WR102. The corresponding functionality also applies to other valve frequency converters or pairs of valve frequency converters of the drive system 1.

Вентильные преобразователи частоты WR101 и WR102 с помощью токопроводящих и находящихся под напряжением линий 15, 15' с положительным потенциалом +UDC и с отрицательным потенциалом -UDC подсоединены к источнику питания постоянного тока.The frequency inverters WR101 and WR102 are connected to the DC power supply using conductive and energized lines 15, 15 'with positive potential + UDC and negative potential -UDC.

Однофазные импульсные вентильные преобразователи частоты WR101 и WR102 содержат по два соответствующих полумоста W1, W1' и W2, W2'. Каждый из полумостов W1, W1', W2, W2' содержит по одному полупроводниковому переключателю (например, в виде биполярного транзистора с изолированным затвором) установленному, соответственно, во входной и выходной ветвях. В случае полумостов W1 и W1' это переключатели SE1 и SA1, SE1' и SA1', соответственно. В случае полумостов W2 и W2' это переключатели SE2 и SA2, SE2' и SA2', соответственно. При этом индекс «Е» означает переключатель, установленный во входной ветви, а индекс «А» переключатель, установленный в выходной ветви.Single-phase pulse valve frequency converters WR101 and WR102 contain two corresponding half-bridge W1, W1 'and W2, W2'. Each of the half-bridges W1, W1 ', W2, W2' contains one semiconductor switch (for example, in the form of an insulated gate bipolar transistor) installed, respectively, in the input and output branches. In the case of half-bridges W1 and W1 ′, these are switches SE1 and SA1, SE1 ′ and SA1 ′, respectively. In the case of half-bridges W2 and W2 ', these are switches SE2 and SA2, SE2' and SA2 ', respectively. The index "E" means the switch installed in the input branch, and the index "A" switch installed in the output branch.

Посредством соответствующего подходящего устройства 30 управления для каждого из вентильных преобразователей частоты WR101, WR102 переключатели SE1, SA1, SE1', SA1' и SE2, SA2, SE2', SA2', соответственно, управляются таким образом, чтобы на выходных зажимах вентильных преобразователей WR101 и WR102 частоты и тем самым на соответствующих подключенных там фазных обмотках 6 устанавливалось желательное напряжение.By means of a suitable suitable control device 30 for each of the valve frequency converters WR101, WR102, the switches SE1, SA1, SE1 ', SA1' and SE2, SA2, SE2 ', SA2', respectively, are controlled so that at the output terminals of the valve converters WR101 and WR102 frequencies and thereby the desired voltage was connected to the corresponding phase windings 6 connected there.

При этом фазная обмотка 6, относящаяся к вентильному преобразователю WR101 частоты, посредством переключателя S1 отключается от второго полумоста W1' вентильного преобразователя WR101 частоты, а фазная обмотка 6, сама по себе относящаяся к вентильному преобразователю WR102 частоты, посредством переключателя S2 отключается от первого полумоста W2 вентильного преобразователя WR102 частоты. Кроме того, посредством переключателя S3 фазная обмотка 6, относящаяся к вентильному преобразователю WR101 частоты, по цепи 31, в которую включен добавочный дроссель 32, включается последовательно с фазной обмоткой 6, относящейся к вентильному преобразователю WR102 частоты. Таким образом обе фазные обмотки 6 по схеме последовательного включения могут снабжаться электрической энергией через первый полумост W1 первого вентильного преобразователя WR101 частоты и через второй полумост W2´ второго вентильного преобразователя WR102 частоты. Добавочный дроссель 32 служит для сглаживания тока во избежание высших гармоник и вызываемых ими моментов качания двигателя.In this case, the phase winding 6 related to the valve frequency converter WR101 is disconnected from the second half-bridge W1 'of the valve converter WR101 by the switch S1, and the phase winding 6, itself related to the valve frequency converter WR102, is disconnected from the first half-bridge W2 by the switch S2 valve converter WR102 frequency. In addition, by means of the switch S3, the phase winding 6 related to the valve frequency converter WR101, is connected in series with the phase winding 6 related to the valve frequency converter WR102 via a circuit 31 into which the auxiliary choke 32 is connected. Thus, both phase windings 6 according to the series connection circuit can be supplied with electric energy through the first half-bridge W1 of the first frequency converter WR101 and through the second half-bridge W2´ of the second frequency converter WR102. An additional inductor 32 is used to smooth the current to avoid higher harmonics and the resulting instants of the motor oscillation.

Посредством устройств 30 управления переключатели SE1, SA1, SE2', SA2' управляются таким образом, чтобы в схеме последовательного включения фазных обмоток 6 устанавливалось желательное напряжение.By means of the control devices 30, the switches SE1, SA1, SE2 ', SA2' are controlled so that the desired voltage is set in the series connection of the phase windings 6.

Если обе фазные обмотки 6 работают по схеме последовательного включения, приводной двигатель для оптимизации коэффициента полезного действия и акустических шумов находится в первом рабочем режиме двигателя.If both phase windings 6 operate according to a series connection circuit, the drive motor is in the first operating mode of the motor to optimize the efficiency and acoustic noise.

Если переключатели 3 разомкнуты, а переключатели S1 и S2 замкнуты, то каждая фазная обмотка 6 подпитывается через приданный ей вентильный преобразователь WR101 или WR102 частоты. В этом случае все фазные обмотки включены параллельно друг другу, а приводной двигатель 2 находится во втором рабочем режиме.If the switches 3 are open, and the switches S1 and S2 are closed, then each phase winding 6 is energized via the frequency converter WR101 or WR102 attached to it. In this case, all phase windings are connected in parallel to each other, and the drive motor 2 is in the second operating mode.

Устройство 40 управления служит для переключения приводного двигателя 2 с первого рабочего режима на второй или наоборот, когда приводной двигатель 2 достигает определенной рабочей точки. Для этого устройство 40 управления регистрирует с помощью автоматизированной системы подводной лодки 100 информацию о режиме плавания подводной лодки 100 (например, в виде информации о глубине Т погружения подводной лодки) и о числе n оборотов приводного двигателя и в зависимости от этой информации подает устройствам 30 управления вентильных преобразователей WR101 или WR102 частоты, а также переключателям S1, S2, S3 команды управления.The control device 40 serves to switch the drive motor 2 from the first operating mode to the second or vice versa when the drive motor 2 reaches a certain operating point. To this end, the control device 40 registers using the automated system of the submarine 100 information about the navigation mode of the submarine 100 (for example, in the form of information about the depth T of the submersible of the submarine) and the number n of revolutions of the drive motor and, depending on this information, provides the control devices 30 valve converters WR101 or WR102 frequency, as well as control switches S1, S2, S3.

При этом устройство 40 управления выполнено таким образом, что при надводном плавании подводной лодки она имеет иную рабочую точку для переключения, нежели чем при подводном плавании подводной лодки.Moreover, the control device 40 is designed in such a way that when the surface of the submarine is floating, it has a different operating point for switching than when the submarine is scuba diving.

Рабочая точка для переключения в примере выполнения определяется пороговой величиной числа оборотов приводного двигателя 2. Эта пороговая величина в свою очередь определяется допустимым номинальным током, протекающим через схему последовательного включения фазных обмоток 6. Допустимый номинальный ток в свою очередь в решающей степени определяется токовой нагрузкой на дроссель 32.The operating point for switching in the exemplary embodiment is determined by the threshold value of the number of revolutions of the drive motor 2. This threshold value, in turn, is determined by the permissible rated current flowing through the series winding of the phase windings 6. The permissible rated current, in turn, is decisively determined by the current load on the inductor 32.

Как показано на Фиг.5, для судна или лодки приводная мощность Р и тем самым нагрузочный ток связаны с числом n оборотов приводного двигателя через характеристику винта. При этом через Ps обозначается характеристика винта для надводного плавания, а через Pt - характеристика винта для подводного плавания. Таким образом удается получать число оборотов, начиная с которого превышается максимально допустимый номинальный ток. Однако при этом учитывается, находится ли подводная лодка в подводном или надводном плавании. При надводном плавании на основе характеристики Ps винта при надводном плавании для максимальной приводной мощности Pmax, соответствующей максимальному току, при работе двигателя 2 в первом рабочем режиме получается максимальное число n_s,max. Соответственно, при подводном плавании на основе характеристики Pt винта при подводном плавании для максимальной приводной мощности Pmax, соответствующей максимальному току, при работе двигателя 2 в первом рабочем режиме получается максимальное число n_t,max. Пороговые величины n_s,max и n_t,max записываются в устройстве 30 управления. В этом случае для чисел n < n_s,max или n_t,max оборотов двигатель 2 находится в первом рабочем режиме, а в случае чисел n > n_s,max или n_t,max оборотов двигатель 2 находится во втором рабочем режиме.As shown in FIG. 5, for a ship or boat, the drive power P and thereby the load current are related to the number n of revolutions of the drive motor through the characteristic of the screw. In this case, through Ps the characteristic of the screw for surface swimming is indicated, and through Pt the characteristic of the screw for scuba diving. Thus, it is possible to obtain a speed starting from which the maximum permissible rated current is exceeded. However, this takes into account whether the submarine is in scuba or surface diving. In surface swimming, based on the characteristic Ps of the screw in surface swimming for the maximum drive power Pmax corresponding to the maximum current, when the engine 2 is in the first operating mode, the maximum number n _{s, max} . Accordingly, when scuba diving on the basis of the characteristic Pt of the screw during scuba diving for the maximum drive power Pmax corresponding to the maximum current, when the engine 2 is in the first operating mode, the maximum number n _{t, max} . The threshold values n _{s, max} and n _{t, max are} recorded in the control device 30. In this case, for numbers n <n _{s, max} or n _{t, max} rpm, engine 2 is in the first operating mode, and in the case of numbers n> n _{s, max} or n _{t, max} rpm, engine 2 is in the second operating mode.

Если двигатель 2 находится в первом рабочем режиме, устройство 40 управления в случае надводного плавания при увеличении чисел оборотов по достижении числа n_s,max оборотов, а в случае подводного плавания по достижении числа n_t,max оборотов вызывает переключение на второй рабочий режим.If engine 2 is in the first operating mode, the control device 40 in the case of surface swimming when the speed increases when the number n _{s, max} speed is reached, and in the case of scuba diving when the number n _{t, max} speed is reached _, it switches to the second operating mode.

Если двигатель 2, наоборот, находится во втором рабочем режиме, устройство 40 управления в случае надводного плавания при уменьшении чисел оборотов по достижении числа n_s,max оборотов, а в случае подводного плавания по достижении числа n_t,max оборотов вызывает переключение на первый рабочий режим, поскольку характеристика Ps винта для надводного плавания проходит круче, чем характеристика Pt винта для подводного плавания, n_t,max > n_s,max. Таким образом с учетом режима плавания подводной лодки 100 при подводном плавании для чисел оборотов в диапазоне от n_s,max до n_t,max еще обеспечивается работа в первом рабочем режиме, в то время как при надводном плавании она больше невозможна.If the engine 2, on the contrary, is in the second operating mode, the control device 40 in the case of surface swimming when the number of revolutions decreases when the number n _{s, max} revolutions is reached, and in the case of scuba diving when the number n _{t, max} revolutions is reached _, it switches to the first working mode, because the characteristic Ps of the screw for surface swimming is steeper than the characteristic Pt of the screw for diving, n _{t, max} > n _{s, max} . Thus, taking into account the navigation mode of the submarine 100 during scuba diving, for the speed numbers in the range from n _{s, max} to n _{t, max} , operation in the first operating mode is still ensured, while when surface swimming it is no longer possible.

Claims

1. A method of operating a submarine (100) comprising a drive motor (2) fed through pulse switching frequency converters with a winding (5) divided into several phase windings (6, 6 '), the engine (2) having a first operating mode, in which the corresponding number of phase windings (6, 6 '), preferably every two of the phase windings (6, 6), are connected in series, and the second operating mode, in which the phase windings (6, 6') are connected in parallel and the operating point is determined (n _s , _max ; n _t , _max ), upon reaching which p switching from the first operating mode to the second or vice versa, characterized in that when the submarine surface navigation, a different operating point is selected for switching than that of the submarine scuba diving.

2. The method according to p. 1, characterized in that the first operating mode is a mode in which the drive motor (2) is optimized with respect to its efficiency and its acoustic noise.

3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the operating point is determined by a threshold value for the number of revolutions of the drive motor (2).

4. The method according to p. 3, characterized in that the threshold value for the number of revolutions is obtained from the threshold value for the maximum rated current through the corresponding number of phase windings connected in series (6, 6 ') and by the characteristic (Ps, Pt) of the screw.

5. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the sailing mode is determined by recording the submersion depth of the submarine.

6. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the phase windings (6, 6 ') are connected to a DC power source (17) via two half-bridges (Wl, W1' and W2, W2).

7. The method according to p. 6, characterized in that for the sequential inclusion of the corresponding number of phase windings (6, 6 ') every two half-bridge (Wl, W1' and W2, W2 ') of these phase windings (6, 6') are connected each other with the corresponding switching element.

8. A submarine (100) with a drive motor (2) fed through pulse valve converters containing a winding (5) divided into several phase windings (6, 6 '), and the motor (2) has a first operating mode in which the corresponding number of phase windings (6, 6 '), preferably every two of the phase windings (6, 6'), are connected in series, and the second operating mode, in which the phase windings (6, 6 ') are connected in parallel, and with the control device ( 40) to switch from the first operating mode to the second or vice versa, when the drive motor (2) reaches a certain operating point (n _s , _max ; n _t , _max ), characterized in that the control device (40) is designed in such a way that when the surface of the submarine (100) is floating, it selects a different operating point for switching rather than diving a submarine (100).

9. A submarine (100) according to claim 8, characterized in that the first operating mode is a mode in which the drive motor (2) is optimized with respect to its efficiency and its acoustic noise.

10. A submarine (100) according to claim 8 or 9, characterized in that the operating point is determined by the threshold value of the number of revolutions of the drive motor (2).

11. The submarine (100) according to claim 10, characterized in that the threshold value of the number of revolutions is obtained from the threshold value for the maximum rated current through the corresponding number of phase windings connected in series (6, 6 ') and by the characteristic (Ps, Pt) of the screw .

12. A submarine (100) according to claim 8 or 9, characterized in that the phase windings (6, 6 ') are connected to the DC power source (17) via two half-bridges (Wl, W1' and W2, W2).

13. The submarine (100) according to claim 12, characterized in that for the sequential inclusion of the corresponding number of phase windings (6, 6 ') every two half-bridge (W1, W1' and W2, W2 ') of these phase windings (6, 6 ') are connected to each other by a corresponding switching element.