Устройство для электроснабжения подводного объекта с борта судна-носителя



Устройство для электроснабжения подводного объекта с борта судна-носителя
Устройство для электроснабжения подводного объекта с борта судна-носителя
Устройство для электроснабжения подводного объекта с борта судна-носителя

Владельцы патента RU 2694069:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) (RU)

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для электроснабжения подводных объектов по линии связи. Технический результат заключается в выполнении устройства, обеспечивающего поддержание неизменного значения напряжения на входах вторичных источников питания на подводном объекте при изменении нагрузки в заданных пределах и увеличенной длине линии связи. Достигается тем, что устройство содержит установленные на судне-носителе управляемый выпрямитель, вход которого подключен к судовой электрической сети, линию связи с подводным объектом, вторичные источники питания на подводном объекте, вычислительное устройство, измерительный преобразователь тока линии связи, измерительный преобразователь длины вытравленной части линии связи, а также измерительные преобразователи температуры линии связи на борту судна-носителя и температуры вытравленной части линии связи в воде. При этом измерительный преобразователь тока включен в разрыв питающего провода линии связи, при этом сигнал с его выхода, а также информация с выходов измерительного преобразователя вытравленной части длины линии связи и с выходов измерительных преобразователей температуры линии связи на борту судна-носителя и температуры вытравленной части линии связи в воде поступает на входы вычислительного устройства, при этом выход вычислительного устройства соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для электроснабжения подводных объектов по линии связи, в качестве которой, в частности, используется кабель или кабель-трос.

Известно устройство электроснабжения подводного объекта с судна-носителя (Патент на полезную модель 46611 РФ. Система электроснабжения телеуправляемого подводного аппарата с судна-носителя / Мишин В.Н., Бубнов О.В., Рулевский В.М., Дементьев Ю.Н. Бюл. №19, 2005).

Устройство содержит установленные на судне-носителе первый неуправляемый выпрямитель тока, инвертор, повышающий трансформатор и первый реактор, а также линию связи и установленные на подводном объекте второй реактор, понижающий трансформатор и второй неуправляемый выпрямитель тока, выход которого соединен с потребителями подводного объекта. Вход первого неуправляемого выпрямителя тока соединен с электрической сетью судна-носителя, а к его выходу подключен вход инвертора. Выход инвертора подключен к первичной обмотке повышающего трансформатора. Вторичная обмотка этого трансформатора через первый реактор подключена к зажимам питающего конца линии связи, зажимы приемного конца которой через второй реактор подключены к первичной обмотке понижающего трансформатора. Вторичная обмотка этого трансформатора подключена к входу второго неуправляемого выпрямителя тока. Для уменьшения массы трансформаторов и реакторов передача электроэнергии осуществляется на повышенной частоте - 400 Гц.

Устройство имеет недостатки.

Во-первых, передача на переменном токе уступает передаче на постоянном токе по своей пропускной способности. Этот недостаток усугубляется использованием повышенной частоты. При частоте 400 Гц у коаксиальных кабелей длиной несколько сотен метров емкостной ток кабеля может превосходить длительно допустимый ток такого кабеля. Кроме этого применение реакторов и трансформаторов приводит к увеличению массы и габаритов устройства.

Во-вторых, снижение нагрузки на приемном конце кабеля приводит к увеличению входного тока и напряжений концов линий связи. Устройство работоспособно при небольших колебаниях потребляемой мощности, причем режим холостого хода на приемном конце линии связи является аварийным.

Известно устройство для электроснабжения потребителей электроэнергии подводного объекта с борта судна-носителя (Ястребов, B.C. Электроэнергетические установки подводных аппаратов / B.C. Ястребов, А.А. Горлов, В.В. Симинский. - Л.: Судостроение, 1986, с. 98-99, рис. 4.9. а), принятое в качестве прототипа.

Известное устройство для содержит установленные на судне-носителе повышающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к судовой электрической сети, выпрямитель, входные зажимы которого подключены к вторичной обмотке повышающего трансформатора, а также линию связи с подводным объектом, питающий конец которой 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. Кроме того, устройство содержит установленный на подводном объекте инвертор, вход которого подключен к приемному концу линии связи, а также понижающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к выходным зажимам инвертора. К вторичной обмотке понижающего трансформатора подключены вторичные источники питания. В качестве выпрямителя используется неуправляемый выпрямитель тока.

Недостатком устройства является то, что при изменении электрической нагрузки потребителей подводного объекта изменяется напряжение на приемном конце линии связи за счет изменения падения напряжения на сопротивлении этой линии. Кроме этого, вторичные источники питания на подводном объекте, как правило, являются стабилизаторами напряжения, т.е. даже при неизменной нагрузке на выходе такого источника его входной ток увеличивается при снижении входного напряжения. Это вызывает еще большее падение напряжения на линии связи и, соответственно, снижение напряжения на приемном конце этой линии, что может вызвать нарушение нормальной работы вторичных источников питания из-за выхода напряжения на приемном конце линии связи из рабочего диапазона этих источников.

Попытка уменьшить сопротивление линии связи приводит к увеличению ее сечения и, соответственно, к увеличению ее гидродинамического сопротивления. Подводный объект, при этом, для сохранения заданной маневренности должен потреблять увеличенную мощность, что приводит к повышенному падению напряжения на линии связи.

При определенном соотношении между длиной линии связи, ее электрическим сопротивлением, а также требуемым значением напряжения на приемном конце линии связи и заданном диапазоне изменении нагрузки устройство может оказаться неработоспособным за счет выхода входного напряжения за допустимые пределы для вторичных источников питания. При этом, для прочих постоянных условий существует определенная длина линии связи, превышать которую недопустимо.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональности использования подводного объекта за счет сохранения рабочих параметров устройства электроснабжения при увеличенной длине линии связи.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для электроснабжения подводного объекта с борта судна-носителя, содержащее управляемый выпрямитель, вход которого подключен к судовой электрической сети, линию связи с подводным объектом, питающий конец которой подключен к выходным зажимам управляемого выпрямителя, а приемный конец соединен с шинами постоянного тока на подводном объекте, к которым подключены входы вторичных источников питания потребителей подводного объекта, дополнительно введены размещенные на судне-носителе вычислительное устройство, измерительный преобразователь тока линии связи, измерительный преобразователь вытравленной длины линии связи, а также измерительные преобразователи температуры линии связи на борту судна-носителя и температуры линии связи в воде, при этом измерительный преобразователь тока включен в разрыв питающего провода линии связи, а его выход соединен с первым входом вычислительного устройства, информация с выхода измерительного преобразователя длины линии связи поступает на второй вход вычислительного устройства, а информация с выходов измерительных преобразователей температуры линии связи на борту судна-носителя и температуры линии связи в воде поступает на третий и на четвертый входы вычислительного устройства соответственно, при этом выход вычислительного устройства соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя.

Выполнение поставленной задачи «расширение функциональности использования подводного объекта за счет сохранения рабочих параметров устройства электроснабжения при увеличенной длине линии связи» обеспечивается следующими отличительными признаками предлагаемого решения.

Признаки: «… в устройство для электроснабжения подводного объекта с борта судна-носителя введены размещенные на судне-носителе вычислительное устройство, измерительный преобразователь тока линии связи, включенный в разрыв питающего провода линии связи, при этом его выход соединен с первым входом вычислительного устройства, а выход вычислительного устройства соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя …» - позволяет компенсировать падение напряжения на сопротивлении линии связи и регулировать выходное напряжение управляемого выпрямителя таким образом, чтобы при изменении тока нагрузки на подводном объекте напряжение на приемном конце линии связи сохранялось неизменным.

Признаки: «… в устройство… введены размещенные на судне носителе… измерительный преобразователь вытравленной длины линии связи, а также измерительные преобразователи температуры линии связи на борту судна-носителя и температуры линии связи в воде, … при этом информация с выхода измерительного преобразователя вытравленной длины линии связи поступает на второй вход вычислительного устройства, а информация с выходов измерительных преобразователей температуры линии связи на борту судна-носителя и температуры линии связи в воде поступает на третий и на четвертый входы вычислительного устройства соответственно… - позволяет повысить точность поддержания неизменным напряжения на приемном конце линии связи при изменении сопротивления токоведущих жил линии связи при отклонении температуры от исходного настроечного значения, введенному как параметр в вычислительное устройство.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в следующем. Отличительные признаки предлагаемого решения обеспечивают поддержание напряжения на приемном конце линии связи неизменным за счет соответствующего регулирования напряжения на питающем конце этой линии, которое компенсирует падение напряжения на сопротивлении токоведущих жил линии связи при изменении тока нагрузки потребителей подводного объекта. Повышению точности поддержания неизменным значения напряжения на приемном конце линии связи способствует коррекция сигнала управления на управляющем входе управляемого усилителя в зависимости от изменения сопротивления токоведущих жил, вызванного изменением температуры этих жил с учетом соотношения между частью линии связи, находящейся в воде и оставшейся длиной линии связи на воздухе.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно- следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решение поставленной задачи. Следовательно, заявленное изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем и пригодно для использования.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для электроснабжения подводного объекта с борта судна-носителя, на фиг. 2 - результаты схемотехнического моделирования устройства.

Устройство содержит установленные на судне-носителе 1 управляемый выпрямитель 2, вход которого подключен к судовой электрической сети 3, линию связи 4 с подводным объектом 5, питающий конец которой подключен к выходным зажимам 6 управляемого выпрямителя, а приемный конец соединен с шинами постоянного тока 7 на подводном объекте 5, к которым подключены входы вторичных источников питания 8 потребителей подводного объекта 1, дополнительно введены размещенные на судне-носителе вычислительное устройство 9, измерительный преобразователь 10 тока линии связи, измерительный преобразователь 11 длины вытравленной части линии связи, а также измерительные преобразователи 12 и 13 температуры линии связи на борту судна-носителя и температуры вытравленной части линии связи в воде соответственно, при этом измерительный преобразователь 10 тока включен в разрыв питающего провода линии связи 4, а его выход соединен с первым входом вычислительного устройства 9, информация с выхода измерительного преобразователя 11 вытравленной части длины линии связи поступает на второй вход вычислительного устройства 9, а информация с выходов измерительных преобразователей 12 и 13 температуры линии связи на борту судна-носителя и температуры вытравленной части линии связи в воде поступает на третий и на четвертый входы вычислительного устройства 9 соответственно, при этом выход вычислительного устройства 9 соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя 2.

Устройство для электроснабжения подводного объекта с борта судна-носителя работает следующим образом. Перед началом работы в вычислительное устройство должны быть введены такие параметры как температура части линии связи, расположенной на борту судна-носителя на лебедке и температура вытравленной части линии связи, которая будет находиться в воде при погружении подводного объекта на заданную глубину. С достаточной степенью точности можно считать, что температура части линии связи на лебедке равна температуре окружающего воздуха, а температура вытравленной части линии связи в воде может быть принята равной средней температуре воды в диапазоне от поверхности до рабочей глубины погружения подводного объекта.

Алгоритм регулирования выходного напряжения управляемого выпрямителя, осуществляемый вычислительным устройством, выполняется по выражению

U1=U2+2I⋅ρ20⋅[(L-LB)⋅(l+α⋅(ТБ-20))+LB⋅(l+α⋅(TB-20))], (1)

где U1 - выходное напряжение управляемого выпрямителя;

U2 - номинальное входное напряжение вторичных источников питания на подводном объекте;

I - ток в линии связи;

ρ20 - удельное сопротивление единицы длины токоведущей жилы линии связи для температуры 20°С;

L - полная длина линии связи;

α - тепловой коэффициент сопротивления для материала токоведущей жилы линии связи;

LB - вытравленная часть линии связи, погруженная в воду;

ТБ - температура токоведущей жилы линии связи, находящейся на барабане

лебедки;

ТВ - температура токоведущей жилы линии связи, погруженной в воду.

В режиме холостого хода потребителей подводного объекта ток линии связи практически равен нулю и, в соответствии с выражением (1), напряжение на передающем и на приемном концах линии связи равны U1=U2. При возникновении нагрузки потребителей на подводном объекте за счет появления тока в линии связи выходной сигнал измерительного преобразователя 10 воздействует на первый вход вычислительного устройства, в котором корректируется управление для управляемого выпрямителя 2 согласно выражению (1). При этом выходной сигнал выпрямителя 2 увеличивается так, чтобы напряжение на приемном конце линии связи оставалось неизменным. За счет раздельного учета температуры участков токопроводящей жилы, находящихся на воздухе и в воде с помощью измерительных преобразователей 12 и 13 соответственно осуществляется более точный расчет в вычислительном устройстве 9 сигнала управления выпрямителем 2. Это свойство заявляемого устройства является особенно полезным при работе в высоких широтах или в тропиках, где разница указанных температур может достигать больших значений.

На фиг. 2 приведены результаты схемотехнического моделирования устройства для электроснабжения подводного объекта. На диаграмме фиг. 2 а показана нагрузочная диаграмма I(t) изменения тока в линии связи, где в момент времени t1 происходит наброс нагрузки от нуля до 50% от номинальной. Это соответствует току в линии около 4 А. В момент времени t2 нагрузка увеличивается до 100%. Далее, в момент времени t3 происходит сброс половины нагрузки и в момент t4 - нагрузка снимается практически полностью. В интервале времени t0 - t1 а также при t>t4 нагрузка имитирует потери холостого хода в преобразователях напряжения на подводном объекте.

В координатах U(t) на фиг. 2 б приведены соответствующие указанной нагрузочной диаграмме графики изменения напряжения U1(t) на питающем конце линии связи и U2(t) - на приемном конце этой линии. Результаты моделирования свидетельствуют о качественной компенсации падения напряжения в линии, т.е. на приемном конце линии связи напряжение поддерживается практически неизменным при 100% изменения нагрузки на подводном объекте. Достаточно точная модель процесса позволяет показать некоторые провалы и забросы напряжения на приемном конце линии в динамическом режиме, что соответствует действительности при указанной нагрузочной диаграмме, где ток изменяется скачком. При ограничении интенсивности изменения нагрузки нарастание и спадание тока эти динамические ошибки будут отсутствовать.

Таким образом, устройство обеспечивает поддержание неизменного значения напряжения на входах вторичных источников питания на подводном объекте на номинальном уровне при изменении нагрузки в заданных пределах, что позволяет работать с подводным объектом при увеличенных длинах линии связи с расширением функциональности использования подводного объекта.

Устройство для электроснабжения подводного объекта с борта судна-носителя содержит установленные на судне-носителе управляемый выпрямитель, вход которого подключен к судовой электрической сети, линию связи с подводным объектом, питающий конец которой подключен к выходным зажимам управляемого выпрямителя, а приемный конец соединен с шинами постоянного тока на подводном объекте, к которым подключены входы вторичных источников питания потребителей подводного объекта, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены размещенные на судне-носителе вычислительное устройство, измерительный преобразователь тока линии связи, измерительный преобразователь длины вытравленной части линии связи, а также измерительные преобразователи температуры линии связи на борту судна-носителя и температуры вытравленной части линии связи в воде, при этом измерительный преобразователь тока включен в разрыв питающего провода линии связи, а его выход соединен с первым входом вычислительного устройства, информация с выхода измерительного преобразователя вытравленной части длины линии связи поступает на второй вход вычислительного устройства, а информация с выходов измерительных преобразователей температуры линии связи на борту судна-носителя и температуры вытравленной части линии связи в воде поступает на третий и на четвертый входы вычислительного устройства, при этом выход вычислительного устройства соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей системы за счет возможности питания нагрузок переменного напряжения нестабильной частоты, но стабильной амплитуды и регулируемого исполнительного электропривода с рекуперативным торможением, а также за счет возможности пофазной симметрирующей стабилизации переменного напряжения стабильной частоты, который обеспечивается благодаря тому, что в автономную систему электроснабжения, содержащую в каждом магистральном канале трехфазный электромашинный стартер-генератор переменного напряжения с нестабильными параметрами, диодно-мостовой выпрямитель, двухконденсаторную фильтровую стойку, корректор коэффициента мощности, состоящий из первого индуктивно-емкостного фильтра и трех двунаправленных электронных ключей, первый импульсный модулятор с тремя вентильно-ключевыми стойками, фильтровым конденсатором, трансформатор с первой и второй обмотками, четыре группы распределительных шин для подключения: первая - стартера-генератора и нагрузок переменного напряжения с нестабильными параметрами, вторая - нагрузок переменного напряжения со стабильными параметрами, третья и четвертая - источников электропитания и нагрузок, а также питания аналогичных шин низкого и повышенного постоянных напряжений параллельных магистральных каналов, и кроме того, блок управления с цепями обратных связей и с первой группой импульсно-модуляторных выводов, во-первых, введены второй импульсный модулятор, трансреактор с обмотками, фильтровые конденсаторы, обратимый выпрямительно-инверторный преобразователь, повышающий импульсный конвертер, балластные дроссели, управляемый вентильный мостовой выпрямитель, пятая группа распределительных шин для подключения нагрузок переменного напряжения с нестабильной частотой, но стабильной амплитудой, второй индуктивно-емкостный фильтр и трехфазный циклоконвертер, состоящий из двунаправленных управляемых вентилей, трансформатор снабжен третьей обмоткой, а также тремя фазными обмотками, а блок управления снабжен второй группой импульсно-модуляторных выводов и группой релейно-сигнальных выводов, во-вторых, в каждый из модуляторов введен буферный конденсатор, в-третьих, импульсный конвертер выполнен состоящим из диодно-ключевой стойки, управляемого вентиля и дроссельно-конденсаторной стойки, а блок управления снабжен дополнительными выводами, в-четвертых, модуляторы снабжены демпферно-снабберными цепочками, состоящими из демпферных дросселей снабберных конденсаторов и двухдиодных стоек и, в-пятых, в нее введены внешние выводы для подключения регулируемого исполнительного электропривода и три трехфазные группы управляемых контакторов, а блок управления снабжен командными выводами, а в-шестых, в каждый модулятор введен уравнительный делитель напряжений, состоящий из уравнительного реактора и двух диодно-ключевых стоек, а блок управления снабжен вспомогательными импульсно-модуляторными выводами.

Использование: в системе распределения мощности, такой как система распределения мощности по Ethernet. Питаемое устройство обеспечивает импульс, такой как сигнатура поддержки питания, когда оно находится в режиме ожидания, так что устройство обеспечения мощности продолжает обеспечивать ему питание.

Изобретение относится к области электротехники, а именно силовой преобразовательной техники. Технический результат заключается в повышении точности стабилизации напряжения на выходных выводах преобразователя системы питания и достигается за счет того, что система электропитания содержит блок питания 1 со свойствами источника тока, линию 2 электропередачи (ЛЭП), представленную в виде двух отрезков 2.1-2.2 и 2.3-2.4.

Изобретение относится к модулю питания и электрической системе, содержащей модуль питания. Модуль питания содержит: электрический узел, включающий в себя входной узел переменного тока, входной узел постоянного тока, некоторое число слоев подачи переменного тока, некоторое число слоев подачи постоянного тока и некоторое число электрических компонентов.

Энергосберегающее электронное устройство, исключающее фактор поражения электрическим током людей и животных, относится к электротехнике, а точнее к электронным генераторам импульсного и переменного напряжения.

Изобретение: в области электротехники. Технический результат - снижение массы синхронного генератора за счет повышения входного коэффициента мощности статического преобразователя электрической энергии.

Изобретение относится к системам электроснабжения на основе силовой преобразовательной техники, питающим удаленные потребители электрической энергии переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к устройствам подавления и компенсации высших гармоник в электрических сетях и коррекции коэффициента мощности.

Изобретение относится к системе генерирования, преобразования, распределения электроэнергии и запуска на борту самолета. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве преобразователя постоянного напряжения в переменное трехфазное симметричное напряжение.

Изобретение относится к области электротехники, в частности преобразованию солнечной энергии. Технической результат изобретения заключается в повышении эксплуатационных характеристик устройства за счет повышения быстродействия поиска оптимальной рабочей точки.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в возможности поддержания непрерывности электропитания системы генератора ветряной турбины, соединенной с электрической сетью посредством преобразователя переменного тока (АС-АС) в условиях низкого напряжения в сети, когда никакая мощность не генерируется генератором ветряной турбины.

Использование: в области электротехники для мониторинга и управления электрическими устройствами. Технический результат – возможность мониторинга и управления электрическими устройствами при соединении их между собой одним кабелем.

Использование: в области электротехники. Технический результат - увеличение скорости и точности формирования сигналов регулирования с целью выполнения динамической компенсации искажения напряжения на нагрузке.

Изобретение относится к области измерения электрических величин, а именно к измерению токов и напряжений при испытаниях и проверке источников бесперебойного питания, и может быть использовано в испытательных стендах космических аппаратов.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей системы электроснабжения, в частности в обеспечении оптимального режима эксплуатации различных типов аккумуляторных батарей, достигается тем, что система электроснабжения транспортной машины содержит: аккумуляторную батарею, генератор, сеть питания, регулятор напряжения, в состав которого входят формирователь первого опорного сигнала, первое измерительное звено, первое звено сравнения и исполнительный элемент, связанный с обмоткой возбуждения генератора, средства контроля состояния аккумуляторной батареи, формирователь второго опорного сигнала, второе измерительное звено, второе звено сравнения и разъемное соединение, при этом на неинвертирующий вход второго звена сравнения подан второй опорный сигнал, а на инвертирующий вход - сигнал с выхода второго измерительного звена, подключенного к сети питания, также формирователь первого опорного сигнала снабжен корректирующим входом и выполнен так, что величина первого опорного сигнала является нарастающей функцией от величины сигнала на корректирующем входе, который выполнен с возможностью подключения к выходу второго звена сравнения через разъемное соединение.

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение несимметрии фазных напряжений сети относительно сети и повышение надежности электрооборудования.

Настоящее изобретение в целом относится к вращающимся электромеханическим системам, в частности к компьютеризированным средствам защиты вращающихся электромеханических систем от повреждений, вызванных механической перегрузкой.

Использование: в области электротехники. Технический результат – предотвращение одновременного перехода нескольких инверторных электрических станций в режим пассивного управления в состоянии секционирования.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в возможности аналоговой токовой петли обеспечивать компонент устройства вторичным рабочим напряжением, полученным от аналоговой токовой петли в отсутствие источника первичного рабочего напряжения.

Самоходный поисковый подводный аппарат имеет бортовую систему обнаружения, в состав которой входит устройство оптического обнаружения спутного вихревого следа подвижных морских объектов и вычислительное устройство, которое рассчитывает скоростной режим и траекторию движения самоходного поискового подводного аппарата для догона морского объекта после обнаружения его спутного вихревого следа, а двигательная установка имеет механизм переключения скорости движения.
Наверх