Система электропитания мобильной радиолокационной станции с активной фазированной антенной решеткой

Заявляемая полезная модель относится к системам генерирования, распределения и преобразования электрической энергии переменного тока и может быть использована в частности для электропитания мобильной радиолокационной станции (РЛС) с активной фазированной антенной решеткой (АФАР). Технический результат заключается в снижении массо-габаритных характеристик системы электропитания РЛС и улучшении тактико-технических характеристик РЛС. Технический результат достигается тем, что в систему электропитания РЛС, содержащую систему автономного электроснабжения, ввод внешнего электроснабжения, соединенный с первым входом блока коммутации, выход которого соединен с первым входом блока распределения, защиты и управления (БРЗУ), и с аккумуляторной батареей, первый и второй преобразователи постоянного напряжения в постоянное, введены блок управления, соединенный со вторым входом блока коммутации, m понижающих напряжение выпрямителей, входы которых соединены с выходом БРЗУ, при этом выходы (m-2) понижающих напряжение выпрямителей соединены с (m-2)-мя входами блока модулей электропитания, «n» выходов которого соединены с приемо-передающими модулями (ППМ) АФАР и по одному выходу соответственно с интегральной схемой управления (ИСУ) АФАР и панелью управления (ПУ) АФАР. Выход последнего из этой группы понижающего напряжение выпрямителя одновременно соединен и со входами первого и второго преобразователей постоянного напряжения в постоянное, при этом выход первого преобразователя соединен с приемным устройством РЛС, а первый, второй, третий и четвертый выходы второго преобразователя соединены соответственно с вычислительной машиной, системой бортовых траекторных измерений, возбудителем передающего устройства и выходным каскадом передающего устройства. Выход (m-1)-го низковольтного выпрямителя соединен одновременно с аппаратурой регистрации, широкополосным каналом, командной радиолинией и радиотранслятором, а выходы m-го понижающего напряжение выпрямителя соединены с пятью входами хронизатора. Система автономного энергоснабжения содержит газотурбинный агрегат (ГТА), генератор отбора мощности (ГОМ), выходы которых соединены с третьим и четвертым входами блока коммутации, второй выход которого соединен со входом вновь введенного (m+1)-го понижающего напряжение выпрямителя, выход которого соединен с аккумуляторной батареей, при этом аккумуляторная батарея соединена также с устройствами запуска маршевого двигателя и ГТА.

Заявляемая полезная модель относится к системам генерирования, распределения и преобразования электрической энергии переменного тока и может быть использована, в частности, для электропитания мобильной радиолокационной станции (РЛС) с активной фазированной антенной решеткой (АФАР).

Известна система электропитания АФАР, предназначенная для электропитания антенного полотна с электроснабжением от бортовой сети с напряжением 28 В постоянного тока. (см. «Системы электропитания активных фазированных антенных решеток» Кушнерев Н.А., Шумов М.А., Журнал «Антенны», 2007, вып.12 (127), стр.63-69). Недостатком этой системы является необходимость применения на входе каждого приемопередающего модуля (ППМ) антенны индуктивно-емкостного накопителя, который не входит в состав системы электропитания и должен быть принадлежностью ППМ. Создание ППМ, содержащего в своем составе индуктивно-емкостной накопитель, является в настоящее время нерешенной задачей. Отсутствие источника электроэнергии переменного синусоидального тока не позволяет обеспечить жесткие требования к уровню гармоник напряжения электропитания аппаратуры РЛС, так как преобразование электроэнергии осуществляется при помощи модуляции с частотой, находящейся в доплеровском диапазоне. При этом необходимы фильтры с большими габаритами и массой, что ухудшает тактико-технические характеристики РЛС.

Наиболее близким по назначению и технической сущности решением, выбранным в качестве прототипа, является система электропитания РЛС (см. описание к патенту РФ на полезную модель 60803, МПК: H02J 3/02, 9/00, авторы Кириенко В.П., Стрелков В.Ф.), содержащая ввод внешней сети, систему автономного электроснабжения (САЭС), включающую основной дизельный агрегат и резервный дизельный агрегат, соединенные с силовым щитом. Силовой щит соединен с защитно-распределительным блоком, который в свою очередь соединен с аккумулятором. Выход защитно-распределительного блока через выпрямитель, понижающий трансформатор, ряд преобразователей напряжения (постоянного в постоянное, переменного в переменное, постоянного в переменное) соединен с фазированной антенной решеткой и другой аппаратурой РЛС. Недостатки известной системы электропитания заключаются в следующем. При использовании входного напряжения 380 В переменного тока частоты 50 Гц применяются индуктивные компоненты и сглаживающие фильтры, имеющие большую массу и габариты. Компоненты схем выпрямителя и всех преобразователей должны быть выбраны на сравнительно высокое рабочее напряжение . Применение преобразователей постоянного напряжения в постоянное с входным напряжением 590 В приводит к усложнению конструкции антенного полотна с точки зрения обеспечения электрической изоляции и электромагнитной совместимости. Рабочая частота этих преобразователей ограничена значением 100 Гц, вследствие чего создаваемые ими электромагнитные помехи находятся в доплеровском диапазоне частот. Для снижения уровня указанных помех до приемлемого потребуется введение дополнительных фильтров, что также приведет к ухудшению массо-габаритных показателей системы электропитания, являющимися важными характеристиками мобильных РЛС.

Технический результат, который достигается при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в снижении массо-габаритных характеристик системы электропитания РЛС за счет использования более низкого рабочего напряжения переменного тока и высокой частоты преобразования (выше доплеровской), что снижает требования по обеспечению электрической изоляции и электромагнитной совместимости АФАР и одновременно улучшает тактико-технические характеристики РЛС в целом.

Кроме того, предлагаемая полезная модель расширяет арсенал известных средств аналогичного назначения.

Технический результат достигается тем, что в систему электропитания РЛС, содержащую систему автономного электроснабжения, ввод внешнего электроснабжения, соединенный с первым входом блока коммутации, выход которого соединен с первым входом блока распределения, защиты и управления (БРЗУ) и с аккумуляторной батареей, первый и второй преобразователи постоянного напряжения в постоянное, введены блок управления, соединенный со вторым входом блока коммутации, m понижающих напряжение выпрямителей, входы которых соединены с выходом БРЗУ, при этом выходы (m-2) понижающих напряжение выпрямителей соединены с (m-2)-мя входами блока модулей электропитания, «n» выходов которого соединены с приемо-передающими модулями (ППМ) АФАР и по одному выходу соответственно с интегральной схемой управления (ИСУ) АФАР и панелью управления (ПУ) АФАР, причем выход последнего из этой группы понижающего напряжение выпрямителя одновременно соединен и со входами первого и второго преобразователей постоянного напряжения в постоянное, при этом выход первого преобразователя соединен с приемным устройством РЛС, а первый, второй, третий и четвертый выходы второго преобразователя соединены соответственно с вычислительной машиной, системой бортовых траекторных измерений, возбудителем передающего устройства и выходным каскадом передающего устройства, причем выход (m-1)-го низковольтного выпрямителя соединен одновременно с аппаратурой регистрации, широкополосным каналом, командной радиолинией и радиотранслятором, а выходы m-го понижающего напряжение выпрямителя соединены с пятью входами хронизатора. Система автономного энергоснабжения содержит газотурбинный агрегат (ГТА), генератор отбора мощности (ГОМ), выходы которых соединены с третьим и четвертым входами блока коммутации, второй выход которого соединен со входом вновь введенного (m+1)-го понижающего напряжение выпрямителя, выход которого соединен с аккумуляторной батареей, при этом аккумуляторная батарея соединена также с устройствами запуска маршевого двигателя и ГТА. Маршевый двигатель кинематически связан с ГОМ. Количество понижающих напряжение выпрямителей, соединенных с блоком модуля электропитания может быть различным. В предлагаемой частной форме реализации используются четыре понижающих напряжение выпрямителя.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где:

- на фиг.1 представлена структурная схема системы электропитания мобильной радиолокационной станции с активной фазированной антенной решеткой;

- на фиг.2 представлена структурная схема понижающего напряжение выпрямителя;

- на фиг.3 и фиг.4 представлены структурные схемы первого и второго преобразователей напряжения постоянного в постоянное.

Система электропитания РЛС с АФАР содержит ввод внешнего электроснабжения 1, соединенный с первым входом блока коммутации 2, второй вход которого соединен с блоком управления 3. Третий вход блока коммутации 2 соединен с газотурбинным агрегатом 4, а четвертый вход соединен с генератором отбора мощности 5, который в свою очередь кинематически связан с маршевым двигателем. Первый выход блока коммутации 2 соединен с первым входом блока распределения, защиты и управления 6, а второй выход соединен с понижающим напряжение выпрямителем 7, выход которого соединен с аккумулятором 8. Аккумулятор 8 также соединен с устройством запуска маршевого двигателя, устройством запуска ГТА 4 и вторым входом БРЗУ 6, выход которого соединен со входами понижающих напряжение выпрямителей 9, 10, 11, 12, 13, 14. Выходы 9-го, 10-го, 11-го и 12-го понижающих напряжение выпрямителей соединены с соответствующими входами блока модулей электропитания 15, «n» выходов которого соединены с приемопередающими модулями, интегральной схемой управления и панелью управления АФАР. Выход 12-го понижающего напряжение выпрямителя также соединен со входами первого 16 и второго 17 преобразователей постоянного напряжения в постоянное. Выход преобразователя 16 соединен с приемным устройством (ПМУ), а выходы преобразователя 17 соединены с вычислительной машиной (ВМ), системой бортовых траекторных измерений (СБТИ), возбудителем передающего устройства (ВБ ПДУ) и выходным каскадом передающего устройства (ВК ПДУ). Выходы понижающего напряжение выпрямителя 13 соединены с аппаратурой регистрации (АР), широкополосным каналом (ШРК), командной радиолинией и радиотранслятором, а пять выходов понижающего напряжение выпрямителя 14 соединены с соответствующими входами хронизатора (ХР).

Предлагаемая система электропитания РЛС с АФАР может работать в автономном режиме электроснабжения и в режиме электроснабжения от внешнего стационарного источника. При подаче команды с блока управления 3 на блок коммутации 2 включается автономная система электроснабжения или система электроснабжения от внешнего стационарного источника 1. В первом случае запуск ГТА 4 или маршевого двигателя осуществляется от аккумуляторной батареи 8 с напряжением 27 В. С выхода ГТА 4 или ГОМ 5 напряжение 220 В трехфазного тока и частоты 400 Гц поступает на соответствующий вход блока коммутации 2, с выхода которого то же значение напряжения поступает на понижающий напряжение выпрямитель 7 и на первый вход БРЗУ 6. Понижающий напряжение выпрямитель 7, работая в буферном режиме с аккумуляторной батареей 8, осуществляет ее подпитку. Напряжение 27 В от аккумулятора 8 также поступает на второй вход БРЗУ 6, обеспечивая электропитание его цепей управления и защиты, и на входы устройств запуска ГТА 4 и маршевого двигателя, кинематически связанного ГОМ 5 и обеспечивающего его работу. С выхода БРЗУ 6 напряжение 220 В трехфазного тока и частоты 400 Гц поступает на входы понижающих напряжение выпрямителей 9, 10, 11, 12, 13 и 14. Понижающие напряжение выпрямители 9, 10, 11 и 12 преобразуют напряжение 220 В трехфазного тока и частоты 400 Гц в напряжение 48 В постоянного тока, являющееся входным напряжением блока модулей электропитания 15, состоящего из отдельных высокочастотных модулей электропитания, имеющих частоту коммутации 500 кГц. Указанное значение частоты находится за диапазоном доплеровских частот, благодаря чему выполняется необходимое требование по уровню пульсаций напряжения без применения низкочастотных фильтров, имеющих большие массы и габариты. С выходов блока модулей электропитания 15 напряжения постоянных токов подаются на входы ППМ, ИСУ и ПУ. Напряжения 5 В суммарного тока 287,7 А подаются на входы усилителей приемных каналов ППМ. Напряжения минус 5 В суммарного тока 38 А подаются на входы драйверов приемных каналов ППМ. Напряжения 8,3 В суммарного тока 6817 А подаются на входы усилителей передающих каналов НИМ. Напряжения 5 В суммарного тока 115 А и минус 5 В суммарного тока 77 А подаются на входы драйверов передающих каналов ППМ. Напряжения 3,3 В суммарного тока 19 А подаются на входы ИСУ. Напряжения 5 В суммарного тока 2 А подаются на входы ПУ. Уровни гармонических составляющих указанных выходных напряжений блока модулей электропитания 15 не должны превышать 10^-4 номинальных значений. Блок 15, состоящий из 288 отдельных высокочастотных модулей электропитания, а также ППМ в количестве 1900 штук и ПУ в количестве 10 штук размещены на каркасе АФАР. С выхода понижающего напряжение выпрямителя 12 напряжение 48 В постоянного тока также поступает на входы первого 16 и второго 17 преобразователей постоянного напряжения в постоянное. С выхода преобразователя 16 напряжение 27 В постоянного тока 32 А поступает на вход ПМУ. С четырех гальванически развязанных выходов преобразователя 17 напряжения 27 В суммарного тока 37 А подаются на входы ВМ, СБТИ, ВБПДУ и ВКПДУ. С выхода понижающего напряжение выпрямителя 13 напряжение 27 В суммарного постоянного тока 40 А подается на входы АР, ШРК, КРЛ и РТ. С пяти гальванически развязанных выходов понижающего напряжение выпрямителя 14 напряжения: 5 В; 3,3 В; 12 В; минус 12 В; минус 6 В постоянных токов соответственно: 6 А; 4 А; 0,5 А; 0,2 А и 1 А подаются на соответствующие входы ХР.

В режиме электроснабжения от внешнего стационарного источника 1 напряжение 220 В трехфазного тока и частоты 400 Гц поступает на первый вход блока коммутации 2, с выхода которого поступает на первый вход БРЗУ 6 и вход понижающего напряжение выпрямителя 7. Затем работа предлагаемой системы электропитания осуществляется также, как и в режиме автономного электроснабжения.

Понижающие напряжение выпрямители 7, 9, 10, 11, и 12, выполнены по структурной схеме "трансформатор-трехфазная схема выпрямления-фильтр", что позволяет получить уровни гармонических составляющих выходных напряжений порядка 10^-6 от номинальных значений в нижней части диапазона доплеровских частот.

Понижающий напряжение выпрямитель 13 выполнен по структурной схеме, приведенной на фиг.2, где Т - трансформатор, В1В5 - выпрямители, а СН1СН5 - стабилизаторы непрерывного действия с уровнем пульсаций выходных напряжений не выше 0,1%. Первый преобразователь постоянного напряжения в постоянное 16 выполнен по структурной схеме, приведенной на фиг.3, где ФРП - фильтр радиопомех, И - двухтактный инвертор, РК - резонансный контур. Т - трансформатор, В - выпрямитель, СФ - сглаживающий фильтр. Второй преобразователь постоянного напряжения в постоянное 17 построен по структурной схеме, приведенной на фиг.4, где В1В4 - выпрямители синусоидального тока, СФ1СФ4 - сглаживающие фильтры, БМ 3 и БМ 4 - блоки модуляции, а остальные функциональные элементы схемы выполнены также, как у первого преобразователя 16.

Таким образом, предлагаемая система электропитания позволяет обеспечить электроэнергией высокого качества мобильную РЛС, в том числе и аппаратуру АФАР, размещаемую на полотне антенны и в аппаратном отсеке. Использование резонансных контуров в составе преобразователей и высокочастотных модулей электропитания позволило существенно улучшить показатели системы электропитания по массе и объему и выполнить компоновку АФАР в заданных габаритных размерах.

Промышленная реализация предложенной полезной модули сложностей не представляет.

Система электропитания мобильной радиолокационной станции (РЛС) с активной фазированной антенной решеткой (АФАР), содержащая систему автономного электроснабжения (САЭС), ввод внешнего электроснабжения, соединенный с первым входом блока коммутации, выход которого соединен с первым входом блока распределения, защиты и управления (БРЗУ), второй вход которого соединен с аккумуляторной батареей, первый и второй преобразователи постоянного напряжения в постоянное, отличающаяся тем, что в нее введены блок управления, соединенный со вторым входом блока коммутации, m понижающих напряжение выпрямителей, входы которых соединены с выходом БРЗУ, при этом выходы (m-2)-х понижающих напряжение выпрямителей соединены с (m-2)-мя входами блока модулей электропитания, «n» выходов которого соединены с приемо-передающими модулями АФАР и по одному выходу соответственно с интегральной схемой управления АФАР и панелью управления АФАР, причем выход последнего из этой группы понижающего напряжение выпрямителя также соединен и со входами первого и второго преобразователей постоянного напряжения в постоянное, при этом выход первого преобразователя соединен с приемным устройством РЛС, а выходы второго преобразователя соединены вычислительной машиной, системой бортовых траекторных измерений, возбудителем передающего устройства и выходным каскадом передающего устройства, при этом выходы (m-1)-го низковольтного выпрямителя соединены соответственно с аппаратурой регистрации, широкополосным каналом, командной радиолинией и радиотранслятором, а выходы m-го понижающего напряжение выпрямителя соединены с пятью входами хронизатора, причем САЭС содержит газотурбинный агрегат (ГТА), генератор отбора мощности (ГОМ), выходы которых соединены с третьим и четвертым входами блока коммутации, второй выход которого соединен со входом введенного (m+1)-го понижающего напряжение выпрямителя, выход которого соединен с аккумуляторной батареей, при этом аккумуляторная батарея соединена также с устройствами запуска маршевого двигателя и ГТА, а маршевый двигатель кинематически связан с ГОМ.