УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОДВОДНОГО АППАРАТА С СУДНА-НОСИТЕЛЯ Российский патент 1995 года по МПК H02J3/02 H02M5/40 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для передачи электроэнергии для электроснабжения подводных аппаратов по информационной линии связи, в качестве которой используется кабель или кабель-трос.

Известно устройство для электроснабжения подводного аппарата с судна-носителя, содержащее установленный на судне-носителе повышающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к судовой электрической сети, а вторичная - к линии связи, установленный на подводном аппарате понижающий трансформатор, вход которого подключен к другому концу линии связи, а выход - к входу вторичных источников питания, обеспечивающих электроэнергией потребители подводного аппарата [1].

Недостатком этого устройства является то, что мощность установленного на аппарате понижающего трансформатора должна быть достаточной для питания всех потребителей электроэнергии, вследствие чего понижающий трансформатор имеет большую массу и габариты. Другой его недостаток заключается в низкой стабильности напряжения на выходе понижающего трансформатора при изменении в широких пределах мощности, потребляемой аппаратом, вследствие падения напряжения на сопротивлении линии связи, что приводит к необходимости значительного схемного усложнения и увеличения габаритов стабилизаторов напряжения вторичных источников.

Известно также устройство для электроснабжения подводного аппарата с судна-носителя, выполненное на основе системы неизменного тока и содержащее прямой индуктивно-емкостный преобразователь, вход которого соединен с электрической сетью, линию связи, питающий конец которой соединен с выходом прямого индуктивно-емкостного преобразователя, потребители неизменного тока, обратные индуктивно-емкостные преобразователи и потребители неизменного напряжения, подключенные к выходам обратных индуктивно-емкостных преобразователей, входы которых, а также потребители неизменного тока включены последовательно и образуют цепь нагрузки, соединенную своими концами с приемным концом линии связи [2]. Часть потребителей неизменного тока снабжена согласующими трансформаторами. В установившихся режимах работы устройства при стабильном напряжении судовой сети стабильны ток линии связи и потребителей неизменного тока, а также напряжение потребителей неизменного напряжения.

Недостаток такого устройства заключается в следующем. При подаче на вход устройства напряжения судовой сети вторичные источники питания, подключенные к выходам обратных индуктивно-емкостных преобразователей, потребляют пусковые токи, превышающие токи установившегося режима работы, что приводит к необходимости увеличения массы и габаритов элементов устройства, снижению передаваемой по линии связи мощности и вызывает появление устойчивых феррорезонансных аварийных режимов, сопровождающихся дальнейшим увеличением токов элементов устройства и искажением формы этих токов и напряжений. Второй недостаток этого устройства проявляется в том, что у тех индуктивно-емкостных преобразователей, у которых номинальные значения токов и напряжений на их входе и выходе значительно отличаются между собой, масса и габариты резко увеличены по сравнению с преобразователями, имеющими одинаковые токи и напряжения на входе и выходе.

Изобретение направлено на уменьшение массы и габаритов элементов устройства, увеличение передаваемой по линии связи мощности, исключение возникновения аварийных феррорезонансных режимов при подаче на вход устройства напряжения от судовой сети.

Это достигается тем, что в устройство для электроснабжения подводного аппарата с судна-носителя, содержащее установленный на судне-носителе прямой индуктивно-емкостный преобразователь, вход которого соединен с судовой электрической сетью, линию связи, питающий конец которой соединен с выходом прямого индуктивно-емкостного преобразователя, и установленные на подводном аппарате потребители неизменного тока, обратные индуктивно-емкостные преобразователи и потребители неизменного напряжения, подключенные к выходам обратных индуктивно-емкостных преобразователей, входы которых, а также потребители неизменного тока включены последовательно и образуют цепь нагрузки, соединенную своими концами с приемным концом линии связи, введен регулятор напряжения, включенный между судовой электрической сетью и входом прямого индуктивно-емкостного преобразователя.

Цель достигается также тем, что в качестве регулятора напряжения использован тиристорный регулятор напряжения, содержащий два встречно-параллельно включенных тиристора и систему управления для формирования и фазового сдвига импульсов, управляющих включением тиристоров. К входу системы управления подключен задатчик фазового сдвига.

Кроме того, цель достигается тем, что вход или выход прямого индуктивно-емкостного преобразователя подключается через повышающий трансформатор, коэффициент трансформации которого равен отношению номинальных напряжений на зажимах верхнего конца линии связи и судовой сети, а также тем, что входы или выходы обратных индуктивно-емкостных преобразователей подключаются через согласующие трансформаторы, коэффициенты трансформации которых равны отношениям номинальных токов линии связи и потребителей неизменного напряжения.

На чертеже представлена электрическая схема устройства для электроснабжения подводного аппарата с судна-носителя.

Устройство содержит установленный на судне-носителе 1 прямой индуктивно-емкостной преобразователь 2, вход которого соединен с судовой электрической сетью 3, линию 4 связи с подводным аппаратом 5, питающий конец которой соединен с выходом преобразователя 2, установленные на подводном аппарате потребители 6 и 7 неизменного тока, последние из которых снабжены согласующими трансформаторами 8, обратные индуктивно-емкостные преобразователи 9 и потребители 10 неизменного напряжения, подключенные к выходам преобразователей 9. Входы преобразователей 9, первая часть потребителей 6 неизменного тока и первичные обмотки трансформаторов 8, к вторичным обмоткам которых подключены потребители 7 неизменного тока, включены последовательно и образуют цепь 11 нагрузки, соединенную своими концами с приемным концом линии 4 связи. Устройство также содержит регулятор 12 напряжения, включенный между судовой электрической сетью 3 и входом преобразователя 2. В состав потребителей неизменного тока может входить выпрямитель 13, вход которого включен в цепь 11 нагрузки, а выход подключен к последовательно соединенным якорным цепям гребных электродвигателей 14 подводного аппарата.

В качестве регулятора напряжения использован тиристорный регулятор напряжения, содержащий два встречно-параллельно включенных тиристора 15, 16 и систему 17 управления для формирования и фазового сдвига импульсов, управляющих включением тиристоров. Эта система получает питание от судовой электрической сети 3, а ее выходы подключены к управляющим электродам и катодам тиристоров 15 и 16. К входу системы 17 управления подключен задатчик 18 фазового сдвига.

Независимые обмотки возбуждения двигателей 14 получают питание от маломощных регулируемых источников 19, которые входят в число потребителей 10.

В устройство могут быть введены повышающий трансформатор 20, через который подключен вход, как показано на чертеже, или выход прямого преобразователя 2, и согласующие трансформаторы 21, через которые подключаются выходы, как показано на чертеже, или входы обратных преобразователей 9. С точки зрения достижения минимальных значений массы, габаритов или стоимости включение трансформаторов 20 и 21 на входе или выходе индуктивно-емкостных преобразователей 2 и 9 практически равноценно, так как установленная мощность трансформатора и элементов преобразователя не зависит от перестановки их местами.

Как прямой 2, так и обратный 9 индуктивно-емкостные преобразователи могут иметь различные схемные решения и конструктивные исполнения (на чертеже показан простейший Г-образный вариант их исполнения), что не влияет на принцип работы устройства.

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения судовой сети 3 угол управления тиристоров 15, 16 в начальный момент устанавливается системой 17 управления равным 180^о, т.е. они полностью закрыты, и напряжение, подводимое к первичной обмотке трансформатора 20, равно нулю. По команде оператора на включение устройства задатчик 18 фазового сдвига подает плавно нарастающий управляющий сигнал на систему 17 управления, которая под воздействием этого сигнала начинает уменьшать угол управления тиристоров 15. 16. При этом на первичную обмотку повышающего трансформатора 20 подается плавно нарастающее напряжение, что приводит к плавному увеличению тока в линии связи, напряжений на вторичных обмотках понижающих трансформаторов 21, подводимых к нагрузкам 10, и токов этих нагрузок. Скорость нарастания управляющего сигнала ограничивается такой величиной, при которой в течение всего пускового режима токи нагрузки и обмоток понижающего трансформатора не превосходят значений, соответствующих установившемуся режиму работы устройства. Таким образом, исключаются перенапряжения на элементах устройства и, как следствие этого, возникновение аварийного феррорезонансного режима.

Нагрузка регулятора 12 характеризуется фазовым углом ϕ -углом сдвига между напряжением и током первичной обмотки трансформатора 20 в установившемся режиме при питании этой обмотки синусоидальным напряжением.

Если первичный преобразователь имеет Г-образное исполнение, то угол ϕ положительный (ток отстает от напряжения по отношению к судовой сети, устройство является активно-индуктивной нагрузкой). В этом случае минимальное значение угла управления α_мин может быть принято, как обычно, равным нулю, а диапазон изменения угла управления равным 180^о. Если преобразователь имеет Т-образное исполнение, то при некоторых соотношениях между параметрами нагрузки, второго преобразователя и линии связи угол ϕ становится отрицательным (по отношению к судовой сети устройство является активно-емкостной нагрузкой). В таком случае минимальное значение угла управления α_мин тоже должно быть отрицательным, причем модуль α_мин должна быть больше модуля ϕ, а диапазон изменения угла управления превосходит 180^о, он равен 180^о + α_мин. До тех пор, пока угол управления α больше угла ϕ, ток, протекающий через регулятор 12, имеет прерывистый характер. Если угол α равен ϕ, то появление тока в одном тиристоре совпадает с исчезновением тока в другом тиристоре, и ток в нагрузке непрерывный и синусоидальный, как будто регулятор 12 напряжения отсутствует (тиристоры как бы закорочены). При угле управления α меньше ϕ возможность регулирования тока первичной обмотки трансформатора 20 отсутствует, однако при этом длительность управляющих импульсов должна быть больше ϕ - α . Если это условие не выполняется, то один из тиристоров не выключается и регулятор 12 работает в режиме однополупериодного выпрямления. Для исключения такого режима система 17 управления вырабатывает пакет управляющих импульсов, длительность которого превышает ϕ - α_мин . При этом вне зависимости от угла управления α , лежащего в диапазоне от α_мин до ϕ, угол открывания тиристоров равен ϕ, а продолжительность открытого состояния каждого тиристора равна 180^о.

Таким образом, в установившемся режиме работы сигнал задатчика интенсивности имеет максимальное значение, напряжение, подводимое к первичной обмотке повышающего трансформатора 20, равно напряжению сети, ток линии связи и напряжение нагрузок 10, равны номинальным значениям и не зависят от сопротивления нагрузок 6, 7, 10 и 14.

Выпрямленный ток, протекающий по якорям двигателей 14, зависит от суммарной величины ЭДС и параметров двигателей, но его изменения при стабильном токе линии связи относительно невелики. Момент двигателей, их скорость и упор двигателей регулируются изменением токов возбуждения путем изменения по величине и полярности напряжений источников 19.

Цель изобретения - уменьшение массогабаритных характеристик устройства и увеличение мощности, передаваемой по линии связи, за счет устранения перенапряжений на элементах устройства при его подключении к судовой электрической сети. Сущность изобретения: устройство содержит установленный на судне-носителе 1 регулятор 12 напряжения, вход которого подключен к судовой электрической сети 3, а выход - к первичной обмотке повышающего трансформатора 20, первый индуктивно-емкостный преобразователь 2, вход которого подключен к вторичной обмотке повышающего трансформатора 20, а выход - к одному концу линии связи с подводным аппаратом 5. Гребные электродвигатели 14 подводного аппарата и эпизодически работающие потребители 11 соединены последовательно между собой и включены в линию связи последовательно с входом второго индуктивно-емкостного преобразователя 9, выход которого подключен к первичной обмотке понижающего трансформатора 21 с подключенным к его выходу вторичными источниками 10 питания. Регулятор напряжения содержит два встречно-параллельно включенных тиристора 15 и 16, систему 17 управления включением тиристоров и задатчик 18 фазового сдвига, подключенный к ее входу. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОДВОДНОГО АППАРАТА С СУДНА-НОСИТЕЛЯ, содержащее установленный на судне-носителе прямой индуктивно-емкостный преобразователь, вход которого соединен с судовой электрической сетью, линию связи, питающий конец которой соединен с выходом прямого индуктивно-емкостного преобразователя, и установленные на подводном аппарате потребители неизменного тока, обратные индуктивно-емкостные преобразователи и потребители неизменного напряжения, подключенные к выходам обратных индуктивно-емкостных преобразователей, входы которых, а также потребители неизменного тока включены последовательно и образуют цепь нагрузки, соединенную своими концами с приемным концом линии связи, отличающееся тем, что в него введен регулятор напряжения, включенный между судовой электрической сетью и входом прямого индуктивно-емкостного преобразователя. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве регулятора напряжения использован тиристорный регулятор напряжения, содержащий два встречно параллельно включенных тиристора и систему управления для формирования фазового сдвига импульсов, управляющих включением тиристоров. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что к входу системы управления подключен задатчик фазового сдвига. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вход прямого индуктивно-емкостного преобразователя подключен к судовой сети через повышающий трансформатор. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выход прямого индуктивно-емкостного преобразователя подключен к питающему концу линии связи через повышающий трансформатор. 6. Устройство по пп. 1, 4 или 1, 5, отличающееся тем, что коэффициент трансформации повышающего трансформатора равен отношению номинальных напряжений на зажимах питающего конца линии связи и судовой сети. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что входы обратных индуктивно-емкостных преобразователей включены в цепь нагрузки через согласующие трансформаторы. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выходы обратных индуктивно-емкостных преобразователей подключены к потребителям неизменного напряжения через согласующие трансформаторы. 9. Устройство по пп. 1, 7 или 1, 8, отличающееся тем, что коэффициенты трансформации согласующих трансформаторов равны отношению номинальных токов линии связи и потребителей неизменного напряжения.