Устройство для питания и автоматического регулирования выходного тока системы катодной защиты от коррозии металлоконструкций

Изобретение относится к области защиты от коррозии металлоконструкций и может быть использовано для защиты корпуса корабля, находящегося в морской воде. Система катодной защиты от коррозии корпуса корабля содержит источник эталонного напряжения, отрицательный выход которого соединен с корпусом корабля, электрод сравнения и аноды, при этом источник эталонного напряжения соединен с одним входом дифференциального операционного усилителя (ОУ), второй вход которого соединен с электродом сравнения, а выход соединен первым входом измерительного ОУ, второй вход которого соединен с выходом опорного напряжения фазосдвигающего ШИМ-конвертора, вход которого соединен с выходом измерительного ОУ, выходы которого через последовательно включенный разделительный конденсатор соединены с первичной обмоткой высокочастотного трансформатора, вторичная обмотка которого через последовательно соединенные выпрямитель и фильтр соединена положительным выводом с анодами, а отрицательным выводом - с корпусом корабля. Технический результат: повышение скрытности корабля за счет снижения пульсаций выходного тока, снижение габаритов и веса устройства. 2 ил.

 

Изобретение относится к области защиты от коррозии металлоконструкций, постоянно или периодически эксплуатирующихся в природных сферах, преимущественно корпуса судна, находящегося в морской воде.

Для защиты от коррозии подводной части корпусов морских судов в отечественном судостроении широко используются автоматические системы катодной защиты, в которых в зависимости от изменения условий эксплуатации судна (скорости хода, солености и температуры морской воды, сохранности лакокрасочного покрытия и др.) осуществляется автоматическое регулирование тока для поддержания заданного защитного потенциала корпуса. Известна, например, автоматическая система катодной защиты «Луга-1» (см. ежемесячный научно-технический и производственный журнал «Судостроение» №3 за 1973 г., стр. 16-18, статья с аналогичным названием, авторы: Ю.Я. Кузьмин, Н.Н. Бибиков, В.Г. Зимин, Л.В. Поворова). Система «Луга-1» состоит из источников питания, анодов и электродов сравнения - датчиков потенциала. В качестве источника питания используется полупроводниковый автоматический преобразователь серии ПАК, состоящий из силового трансформатора с выпрямителем и блока управления. Электроды сравнения служат датчиком потенциала для автоматического регулирования выходного тока катодной защиты. В качестве электродов сравнения применяются пористые хлорсеребряные электроды, которые подключены ко входу блока управления и создают потенциал положительной полярности относительно корпуса судна.

Основной недостаток ПАК заключается в том, что пульсация выходного тока катодной защиты более 10%, что на несколько порядков превышает допустимую.

При повышенной пульсации корабль становится источником переменного электрического поля, которое нарушает скрытность корабля и влияет на нормальную работу смежных корабельных систем.

Известна также система катодной защиты, использующая в качестве источника питания преобразователь типа ТПС 200-24, описанный в производственно-техническом сборнике «Технология судостроения» №3 за 1990 г. на стр. 67. Информацию об этом преобразователе можно получить также на сайте ОАО «Электровыпрямитель», г. Саранск. Коэффициент пульсации выходного тока ТПС 200-24 составляет 8%.

Известны также системы катодной защиты, выпускаемые ОАО «РИМР», г. Санкт-Петербург и использующие преобразователи ТПЦЗ. Описанные выше системы катодной защиты принципиально не отличаются от системы «Луга-1» и используют тиристорные преобразователи. Лучший из них, принятый за ближайший аналог, на основе ТПЦЗ ОАО «РИМР» имеет коэффициент пульсации выходного тока 3%, в то время как для современных судов требуется не более 0,03%. Преобразователь содержит управляемый источник постоянного тока и блок управления. При этом отрицательный выход управляемого источника постоянного тока соединен с корпусом судна, положительный выход соединен с анодами, а вход подключен к выходу блока управления, вход которого имеет положительную полярность и соединен с хлорсеребряным электродом сравнения (датчиком потенциала), обуславливающим на входе потенциал положительной полярности.

Изобретение решает задачу повышения скрытности корабля за счет снижения уровня пульсаций выходного тока и одновременно уменьшает в разы габариты и вес аппаратуры.

Технический результат достигается тем, что регулируемый источник постоянного тока выполнен с использованием фазосдвигающего ШИМ-конвертора, который преобразует входной сигнал серию высокочастотных импульсов, модулированных по ширине. За счет обработки сигнала на высокой частоте резко снижаются габариты и вес трансформатора и выпрямителя, а условия фильтрации пульсаций улучшаются.

Описание чертежей

Фиг. 1 - структурная схема устройства для питания и автоматического регулирования выходного тока системы защиты от коррозии металлоконструкций.

Фиг. 2 - принципиальная схема мостового коммутатора.

Примечание. Далее в тексте ОУ - операционный усилитель.

Осуществление изобретения

Предлагаемое на фиг. 1 устройство содержит источник эталонного напряжения 1, отрицательный выход которого соединен с корпусом корабля 2, электрод сравнения 3 и аноды 4, отличается тем, что источник эталонного напряжения соединен с одним входом дифференциального ОУ5, второй вход которого соединен с электродом сравнения 3, а выход соединен первым входом измерительного ОУ6, второй вход которого соединен с выходом опорного напряжения фазосдвигающего ШИМ-конвертора 7, выходы которого через последовательно включенный разделительный конденсатор 8 соединены с первичной обмоткой в.ч. трансформатора 9, вторичная обмотка которого через последовательно соединенные выпрямитель 10, фильтр 11 соединена положительным выводом с анодами, а отрицательным выводом с корпусом корабля.

Работа устройства

Работает устройство следующим образом.

Потенциал корпуса корабля 2 измеряется как напряжение между корпусом 2 и электродом сравнения 3. Для хлорсеребряного электрода, применяемого на российских судах, этот потенциал положителен, как показано на фиг. 1. Этот потенциал поступает на вход дифференциального ОУ5, где он сравнивается с напряжением эталонного источника 1, которое устанавливается несколько выше стационарного потенциала корпуса судна. Принцип действия катодной защиты основан на способности металла, погруженного в морскую воду, переходить в пассивное состояние при смещении его потенциала в отрицательную сторону от стационарного значения. Потенциал, при котором прекращается коррозия металла, называется защитным. Для стали, из которой изготовлен корпус судна, защитный потенциал равен 0,85±0,015 В относительно хлорсеребряного электрода. Таким образом, разность потенциалов электрода сравнения 3 и источника эталонного напряжения 1, которую вырабатывает дифференциальный усилитель 5, является сигналом управления для следящей системы, задача которой свести эту разность к нулю. Сигнал управления вместе с сигналом опорного напряжения ШИМ-конвертора 7 поступают на входы измерительного ОУ6. Выход ОУ6 является входом конвертора, который усиливает только положительные сигналы от опорного напряжения и ниже.

Вариант исполнения управляемого мостового каскада фазосдвигающего ШИМ-конвертора представлен на фиг. 2.

Фазосдвигающий ШИМ-конвертор 7 представлен мостовой схемой из четырех мощных полевых транзисторов, затворы которых через драйверы соединены с выходами А, В, С, D фазосдвигающего резонансного контроллера, в качестве которого может быть использована микросхема 1308ЕУ2Т (импортный аналог UC3875 фирмы UNITRODE). В качестве драйвера могут быть использованы драйверы ДР280П-Б(1) (импортный аналог SKHI фирмы Semikron).

На управляющий вход конвертора 7 поступает сигнал с ОУ6. Частота переключения задается контроллером. Оптимальная частота лежит в пределах 25-35 кГц. Фаза переключения транзисторов зависит от величины входного сигнала.

Питание конвертора 7 осуществляется выпрямленным напряжением сети переменного тока. Выходное напряжение конвертора 7 поступает через разделительный конденсатор 8 на первичную обмотку в.ч. трансформатора 9.

Промодулированный ток с вторичной обмотки трансформатора 9 через выпрямитель 10 и фильтр 11 поступает на аноды 4 и является выходным током устройства.

В связи с тем, что фильтрация выходного тока осуществляется на высокой частоте, это позволяет уменьшить габариты фильтра и улучшить качество фильтрации, т.е. получить меньший коэффициент пульсации выходного тока.

Источники информации

1. Справочник «Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. М.: Издательский дом «Додека XXI», 2001 г., стр. 248.

2. Патент на изобретение 2110616, МПК: C23F от 10.05.1998 г.

3. Сайт ОАО «РИМР» - http://www.rimr.ru/cat_sub-id1-14-id2-47.html.

Система катодной защиты от коррозии корпуса корабля, содержащая источник эталонного напряжения, отрицательный выход которого соединен с корпусом корабля, электрод сравнения и аноды, отличающаяся тем, что источник эталонного напряжения соединен с одним входом дифференциального операционного усилителя (ОУ), второй вход которого соединен с электродом сравнения, а выход соединен первым входом измерительного ОУ, второй вход которого соединен с выходом опорного напряжения фазосдвигающего ШИМ-конвертора, вход которого соединен с выходом измерительного ОУ, выходы которого через последовательно включенный разделительный конденсатор соединены с первичной обмоткой высокочастотного трансформатора, вторичная обмотка которого через последовательно соединенные выпрямитель и фильтр соединена положительным выводом с анодами, а отрицательным выводом - с корпусом корабля.