Система электроснабжения телеуправляемого подводного аппарата с судна-носителя

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к устройствам, обеспечивающим электропитание различных устройств подводного аппарата, от бортового источника питания на судне-носителе. Задача полезной модели - создание системы электроснабжения подводного аппарата с улучшенными массогабаритными параметрами, увеличенной передаваемой мощностью до величин порядка нескольких десятков киловатт, на глубину до 6000 тысяч метров, позволяющей высвободить полезное пространство подводного аппарата и снизить вес используемой аппаратуры электроснабжения. Бортовая часть системы включает входной преобразователь, вход которого соединен с судовой электрической сетью, инверторное устройство, силовой трансформатор, кабель-трос, питающий конец которого соединен с согласующим трансформатором первого подводного блока системы, установленного на заглубителе. Второй подводный блок, установленный на подводном аппарате, включает второй согласующий трансформатор, первичными обмотками связанный с плавучим кабелем, передающим питание и сигналы телеуправления к аппаратуре подводного аппарата, а вторичными обмотками - с первым и вторым блоками управляемых выпрямителей, выходы которых подключены к клеммам питания аппаратуры подводного аппарата, второй выход одного из указанных блоков управляемых выпрямителей соединен с конвертором постоянного тока, выход которого также подключен к клеммам питания аппаратуры подводного аппарата. Для удобства монтажа на судне-носителе бортовая часть системы размещена в двух отдельных стойках: стойке входного преобразователя и стойке инвертора. При этом стойка входного преобразователя включает в себя блок коммутации, фильтр радиопомех, выпрямитель, а также дроссели с частью конденсаторов выходного фильтра. Стойка инвертора включает в себя остальную часть конденсаторов выходного фильтра, а также инверторное устройство, состоящее из двух трехфазных инверторов, управление которыми осуществляется блоком управления, соединенным с ними, выходы указанных инверторов соединены с вторыми выходными фильтрами, подключенными своими выходами к силовому трансформатору бортовой части системы, также размещенному в стойке инвертора.

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к устройствам для управления и обслуживания телеуправляемых подводных аппаратов, а именно к устройствам, обеспечивающим электропитание различных устройств подводного аппарата, к которым относятся силовые установки, приемопередающие системы, манипуляторы, навигационные системы, системы связи и т.п., от бортового источника питания на судне-носителе.

Известны устройства для электроснабжения телеуправляемого подводного аппарата с судна-носителя по патентам №№RU 2027277 и RU 2058644, выполненные на основе системы неизменного тока и содержащие установленный на судне-носителе прямой индуктивно-емкостной преобразователь, своим входом соединенный с судовой электрической сетью, линию связи с подводным аппаратом, соответствующие трансформаторы и обратные индуктивно-емкостные преобразователи установленные на подводном аппарате.

Недостатки указанных устройств обусловлены, во-первых, использованием индуктивно-емкостных преобразователей, которые являются причиной возникновения пусковых токов во вторичных источниках питания, подключенных к выходам обратных индуктивно-емкостных преобразователей. Причем эти пусковые токи превышают токи установившегося режима, из-за чего приходится увеличивать массу и габариты устройства, снижается передаваемая по линии мощность и возникает возможность устойчивых феррорезонансных аварийных режимов, сопровождающихся дальнейшим увеличением токов в элементах устройства, искажением формы токов и напряжений. Кроме того, недостатком является непосредственная связь судна-носителя с подводным аппаратом. Соединение посредством длинного и тяжелого кабель-троса снижает маневренность подводного аппарата. При этом значительная доля подводной части

системы электроснабжения размещена на подводном аппарате, занимая полезный объем и увеличивая вес аппарата.

В современных системах подводного оборудования с дистанционным управлением используются в качестве составной части подводного оборудования заглубители (гаражи), в которых подводный аппарат может размещаться при его доставке на глубину, и с которым подводный аппарат может соединяться относительно коротким и легким плавучим кабелем. При этом повышается маневренность подводного аппарата, поскольку он не связан с длинным и тяжелым кабель-тросом, посредством которого заглубитель соединен с судном-носителем (См. Рекламный проспект фирмы "Schilling Robotics" на сайте http://www.schilling.coin), а также патенты №№US 6257162, US 6176831, GB 2160156, GB 2210838). Заглубитель в своем составе имеет кабину для размещения подводного аппарата, лебедку с барабаном плавучего кабеля с системой, управляющей длиной свободного плавучего кабеля между заглубителем и подводным аппаратом. Заглубитель также позволяет установить на нем часть блоков системы электроснабжения и управления, при этом освобождается дополнительное полезное пространство подводного аппарата и снижается его вес.

В качестве прототипа нами выбрана система электроснабжения подводного аппарата по патенту US 5301096, как наиболее близкая по достигаемому эффекту и существенным признакам, имеющая в своем составе заглубитель, хотя он и не связан кабелем с автономным подводным аппаратом. Указанная система электроснабжения включает бортовую и подводную части. Причем, подводная часть системы установлена на заглубителе, содержащем дистанционную бесконтактную систему управления подводным аппаратом. Первичная или бортовая система содержит входной преобразователь, включающий тиристорный выпрямитель, согласующий трансформатор и высокочастотный инвертор. Вторичный преобразователь, установленный на заглубителе и соединенный с бортовой системой кабель-тросом, преобразует высокочастотное

напряжение, переданное по кабель-тросу, в необходимые для работы аппаратуры заглубителя напряжения и токи. Вторичный преобразователь включает в себя компенсатор мощности, мостовой выпрямитель, конвертор постоянного тока в постоянный, а также схемы, необходимые для бесконтактной передачи управляющих сигналов на подводный аппарат. Недостатком системы является отсутствие линии связи системы с подводным аппаратом, так как при этом снижаются функциональные возможности подводного аппарата из-за ограниченной емкости батарей питания. На практике автономные подводные аппараты редко используются, так как они не пригодны для выполнения определенных операций, требующих большой мощности, имеют ограниченное время работы без подзарядки батарей, для зарядки их надо поднимать на судно-носитель, что очень трудоемко и дорого. Кроме того, снижены возможности коммуникации с судном-носителем, и ограничено количество передаваемой и принимаемой информации.

Задача полезной модели - создание системы электроснабжения подводного аппарата с улучшенными массогабаритными параметрами, увеличенной передаваемой мощностью до величин порядка нескольких десятков киловатт, на глубину до 6000 тысяч метров, позволяющей высвободить полезное пространство подводного аппарата и снизить вес используемой аппаратуры электроснабжения.

Система электроснабжения телеуправляемого подводного аппарата с судна-носителя, решающая поставленную задачу, так же как и прототип, содержит установленную на судне-носителе бортовую часть системы, и первый подводный блок системы, установленный на заглубителе. Бортовая часть системы включает входной преобразователь, вход которого соединен с судовой электрической сетью, инверторное устройство, силовой трансформатор, кабель-трос, питающий конец которого соединен с согласующим трансформатором первого подводного блока системы, установленного на заглубителе. Первый подводный блок системы далее содержит управляемый

выпрямитель, вход которого соединен с вторичными обмотками указанного согласующего трансформатора и конвертор постоянного тока, вход которого соединен с одним выходом управляемого выпрямителя, второй выход которого и выход конвертора постоянного тока подключены к клеммам питания приемопередающей аппаратуры заглубителя. В отличие от прототипа, в систему введен второй подводный блок, установленный на подводном аппарате, включающий второй согласующий трансформатор, первичными обмотками связанный с плавучим кабелем, передающим питание и сигналы телеуправления к аппаратуре подводного аппарата, а вторичными обмотками - с первым и вторым блоками управляемых выпрямителей, выходы которых подключены к клеммам питания аппаратуры подводного аппарата, второй выход одного из указанных блоков управляемых выпрямителей соединен с конвертором постоянного тока, выход которого также подключен к леммам питания аппаратуры подводного аппарата. Входной преобразователь бортовой части системы включает блок коммутации, вход которого подключен к судовой электрической сети, а выход соединен с цепью последовательно соединенных блоков, включающих фильтр радиопомех, выпрямитель и выходной фильтр, выход которого является выходом указанного входного преобразователя. Выходы инверторного устройства соединены с первичными обмотками силового трансформатора бортовой системы, вторичные обмотки которого соединены с входным концом кабель-троса и дросселем компенсации. Кроме того, выходной конец кабель - троса дополнительно соединен с лебедкой плавучего кабеля, установленной на заглубителе.

Для удобства монтажа на судне-носителе бортовая часть системы размещена в двух отдельных стойках: стойке входного преобразователя и стойке инвертора. При этом стойка входного преобразователя включает в себя блок коммутации, фильтр радиопомех, выпрямитель, а также дроссели с частью конденсаторов выходного фильтра. Стойка инвертора включает в себя остальную часть конденсаторов выходного фильтра, а также инверторное устройство, состоящее из двух трехфазных инверторов, управление

которыми осуществляется блоком управления, соединенным с ними, выходы указанных инверторов соединены с вторыми выходными фильтрами, подключенными своими выходами к силовому трансформатору бортовой части системы, также размещенному в стойке инвертора.

Далее сущность полезной модели поясняется с помощью рисунка, на котором представлен предпочтительный вариант выполнения системы, где 1 - бортовая часть системы, и 2 - подводная часть системы. Бортовая часть системы размещена в стойке входного преобразователя 3 и стойке инвертора 4. Подводная часть системы размещена на заглубителе 5 и подводном аппарате 6. Бортовая и подводная части системы соединены посредством кабель-троса 7, а заглубитель и подводный аппарат соединены плавучим кабелем 8. Стойка входного преобразователя 3 содержит блок коммутации 9, вход которого подключен к бортовой сети 10, а выход соединен с цепью последовательно соединенных фильтра радиопомех 11, выпрямителя 12 и выходного фильтра 13 преобразователя. В стойке инвертора 4 расположена вторая часть конденсаторов фильтра 13, и два трехфазных инвертора 14 и 15. Управление трехфазными инверторами 14 и 15 осуществляется блоком управления 16, связанным с обоими инверторами. Выходы инверторов 14 и 15 через вторые фильтры 17 и 18 соединены с первичными обмотками силового трансформаторного блока 19. Вторичные обмотки трансформаторного блока 19 соединены между собой последовательно по схеме «звезда», напряжение с которых поступает на входной конец кабель-троса 7 и на дроссель компенсации 20. Выходной конец кабель-троса 7 соединен с согласующим трансформатором 21 первого подводного блока, установленного на заглубителе 5, а также с лебедкой 22 плавучего кабеля 8 и с входньм концом самого плавучего кабеля 8. Вторичные обмотки трансформатора 21 подключены к блоку управляемого выпрямителя 23, выходы которого соединены с клеммами питания приемопередающей аппаратуры 24 заглубителя и с конвертором постоянного тока 25. Выход конвертора 25 также подключен к клеммам питания

постоянного тока приемопередающей аппаратуры заглубителя 24. Выходной конец плавучего кабеля 8 соединен с первичной обмоткой согласующего трансформатора 26 второго подводного блока, установленного на подводном аппарате 6. Вторичные обмотки согласующего трансформатора 26 соединены с блоками управляемых выпрямителей 27 и 28, обеспечивающих соответствующие напряжения к аппаратуре 29 подводного аппарата, один из управляемых выпрямителей 28 своими выходами связан с конвертором постоянного тока 30, также обеспечивающим пониженное постоянное напряжение к аппаратуре 29 подводного аппарата.

Система работает следующим образом. Бортовая сеть 10 обычно обеспечивает трехфазное напряжение порядка 380В с частотой 50 Гц. Через блок коммутации 9, указанное напряжение бортовой сети поступает на фильтр радиопомех 11, обеспечивающий помехоподавление по каждой фазе питающего напряжения, и с выхода фильтра 11 подается на выпрямитель 12. Выпрямленное трехфазное напряжение с выпрямителя 12 сглаживается выходным фильтром 13, дроссели и часть конденсаторов которого находятся в стойке входного преобразователя 3, а вторая часть конденсаторов выходного фильтра 13 расположена в стойке инвертора 4. Сглаженное напряжение с выходного фильтра 13 поступает на входы управляемых трехфазных инверторов 14 и 15, управление которыми осуществляется блоком управления 16. С выходов фильтров 17 и 18, являющихся выходными фильтрами трехфазных инверторов, на силовые трехфазные трансформаторы трансформаторного блока 19 поступают трехфазные напряжения повышенной частоты. (В конкретном примере эта частота составляет 651 Гц, с напряжением 300В). Вторичные обмотки трансформаторного блока 19 соединены между собой последовательно по схеме «звезда» и имеют коэффициент трансформации равный 4. Таким образом, на выходе трансформаторного блока 19, т.е. на входе в кабель-трос имеем повышенное напряжение с максимальной величиной 2400 В, что позволяет снизить сечение кабель-троса 7 и обеспечить передачу напряжения на большую глубину (до

6000 м). Это напряжение, с учетом падения на внутреннем сопротивлении кабель-троса 7,

поступает на заглубитель 5, где поступает на лебедку 22 плавучего кабеля для обеспечения ее работы, а также на входной конец плавучего кабеля 8 и на понижающий трансформатор 21. С вторичных обмоток трансформатора 21 напряжение подается на блок управляемого выпрямителя 23, формирующий напряжение для питания аппаратуры 24 заглубителя, (в конкретном примере 550 В). Кроме того, к выходу управляемого выпрямителя 23 подключен конвертор постоянного тока 25, осуществляющий преобразование напряжения 550 в напряжение постоянного тока в 27В, также для питания аппаратуры 24 заглубителя. Напряжение, передаваемое по плавучему кабелю 8, поступает на согласующий трансформатор 26 второго подводного блока, установленного на подводном аппарате 6. С вторичных обмоток трансформатора 26 напряжение подается на блоки управляемых выпрямителей 27 и 28, обеспечивающих выпрямленное напряжение для питания аппаратуры 29 подводного аппарата 6. Кроме того, к выходу блока управляемого выпрямителя 28 подключен конвертор 30, осуществляющий преобразование напряжения 220в постоянного тока в напряжение 27 в постоянного тока также необходимое для питания аппаратуры 29 подводного блока 6.

Таким образом, предлагаемая довольно простая система электроснабжения обеспечивает передачу на большую глубину необходимых для работы подводного аппарата напряжения, при существенном снижении габаритов и веса системы электроснабжения, что крайне важно для управляемых подводных систем. Кроме того, построение указанной системы позволяет снизить сечение кабель-троса, что при его большой длине, также снижает его вес.

1. Система электроснабжения подводного телеуправляемого аппарата с судна-носителя, содержащая установленную на судне-носителе бортовую часть системы, включающую входной преобразователь, вход которого соединен с судовой электрической сетью, инверторное устройство, силовой трансформатор, кабель-трос, питающий конец которого соединен с согласующим трансформатором первого подводного блока системы, установленного на заглубителе, первый подводный блок системы далее содержит управляемый выпрямитель, соединенный с вторичными обмотками согласующего трансформатора, и конвертор постоянного тока, вход которого соединен с одним выходом управляемого выпрямителя, второй выход которого и выход конвертора постоянного тока подключены к клеммам питания приемопередающей аппаратуры заглубителя, отличающаяся тем, что в нее введен второй подводный блок системы, установленный на телеуправляемом подводном аппарате, включающий согласующий трехфазный трансформатор, первичными обмотками связанный с плавучим кабелем, передающим питание и сигналы телеуправления к аппаратуре подводного аппарата, а вторичные обмотки указанного трансформатора соединены с первым и вторым блоками управляемых выпрямителей, выходы которых подключены к клеммам питания аппаратуры подводного аппарата, второй выход одного из указанных блоков управляемых выпрямителей соединен с конвертором постоянного тока, выход которого также подключен к клеммам питания аппаратуры подводного аппарата; указанный входной преобразователь бортовой части системы включает блок коммутации, вход которого подключен к судовой электрической сети, а выход соединен с цепью последовательно соединенных блоков, включающий фильтр радиопомех, выпрямитель и выходной фильтр, выход которого является выходом указанного преобразователя, выходы инверторного устройства соединены с первичными обмотками силового трансформатора бортовой системы, вторичные обмотки которого соединены с входным концом кабель-троса и дросселем компенсации, кроме того, второй конец кабель-троса соединен также с лебедкой плавучего кабеля, установленной на заглубителе.

2. Система электроснабжения телеуправляемого подводного аппарата по п.1, отличающаяся тем, что бортовая часть системы размещена в двух отдельных стойках: стойке входного преобразователя, и стойке инвертора, стойка входного преобразователя включает в себя блок коммутации, фильтр радиопомех, выпрямитель, дроссель компенсации и часть конденсаторов выходного фильтра, а стойка инвертора включает в себя другую часть конденсаторов выходного фильтра, а также инверторное устройство, состоящее из двух трехфазных инверторов, управление которыми осуществляется блоком управления, соединенным с ними, выходы указанных инверторов соединены со вторыми выходными фильтрами, подключенными своими выходами к силовому трансформатору бортовой части, также размещенному в стойке инвертора.