Электроэнергетические системы подводных аппаратов

 

 Система электроснабжения  телеуправляемого подводного аппарата, содержащая в бортовой части  выпрямитель с фильтром и автономный  инвертор, соединенный с выходным  трансформатором, вторичная обмотка  которого соединена с передающим концом кабель-троса, а также систему автоматического управления указанным автономным инвертором, а в подводной части - трансформатор, первичная обмотка которого связана с приемным концом кабель-троса, а вторичная - с выпрямителем подводной части системы, выход которого через фильтр связан с потребителями подводной части системы, отличающаяся тем, что в подводную часть системы введены гибкая обратная связь по динамической составляющей тока нагрузки и отрицательная обратная связь по выходному напряжению подводной части системы, обеспечиваемые с помощью известной схемы пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора, или пропорционально-интегрального регулятора, или пропорционально-дифференциального, или пропорционального регулятора, выход которого соединен с АЦП и передатчиком оптоволоконного канала кабель-троса, связанного с контроллером, введенным в бортовую часть системы, и управляющим автономным инвертором в соответствии с сигналами указанного регулятора.

Система электроснабжения по п.1, отличающаяся тем, что в качестве контроллера управления инвертором в бортовой части системы используется контроллер цифрового управления инвертором с помощью пространственно-векторной ШИМ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Схема моделирования системы электроснабжения привязным подводным аппаратом.

Для расчета системы электроснабжения привязного подводного аппарата была использована функциональная схема, приведенная на рисунке 2.1

 

Рисунок 2.1 Функциональная схема системы питания подводного аппарата при передаче повышенного напряжения в кабель-линии.

где, G – судовой генератор;

В –выпрямитель;

І –инвертор;

Ф – фильтр;

ПТ –повышающий трансформатор;

ПнТ – понижающий трансформатор;

СПА – потребители подводного аппарата.

 

Моделирование схемы системы электроснабжения привязным подводным аппаратом осуществляется с помощью программного обеспечения MATLAB. Данная схема приведена на рисунке 2.2.

Рис. 2.2 Схема моделирования системы электроснабжения привязным подводным аппаратом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет элементов схемы электроснабжения привязным подводным аппаратом.

Для расчета элементов системы электроснабжения привязного подводного аппарата задаемся следующими значениями:

- Мощность преобразователя: кВт;

- Мощность генератора: кВт;

- Фазовое напряжение: В;

- Частота питания сети: Гц, ;

- Частота линии передачи: , ;

- Линейное напряжение  в  линии передачи: ;

- Частота ШИМ: кГц.

Амплитуду фазного напряжения находим по формуле:

                                              (1)

=311.127;

Определяем мощность трансформатора:

(2)

 

В;

 В;                                  (3)

Коэффициент трансформации:

                                                    (4)

;

Сопротивление короткого замыкания трансформатора:

;                                        (5)

;   Гн;                  (6)

;   Гн;                 (7)

 Ом ;                                   (8)

 Ом ;                                    (9)

;                                             (10)

; ;                                      (11)

   ;                                    (12)

 В     ;                                   (13)

 А  ;                                    (14)

 Ом  ;                              (15)

                                        (16)

                                      (17)

                                         (18)

                                                (19)

                                         (20)

                                         (21)

                                      (22)

 Гн                              (23)

Данные для трансформатора:

                                           (24)

                                          (25)

                                        (26)

                                       (27)

Данные генератора:

                                   (28)

                                      (29)

 

Проводим расчет элементов для первого выпрямителя. Емкость конденсатора фильтра в общем виде получаем из формулы:

                                    (30)

где - число фаз выпрямителя;

- угол отсечения диодов, приближённо считаем равным 0;

- коэффициент пульсации  напряжения;

                                  (31)

                                    (32)

Следующим этапом расчета является расчет помехо-сглаживающего фильтра выпрямителя. Зададим частоту среза помех сглаживающего фильтра:

                                  (33)

                           (34)

Выбираем индуктивность дросселя фильтра

С этого выражения для частоты среза находим емкость:

                      (35)

                               (36)

Синусный фильтр инвертора. Для надежного выполнения функций сглаживания  напряжения рекомендуется резонансная частота синусного фильтра:

  ≤                                                  (37)

Необходимо чтобы выполнялось правило:

кГц

кГц

≤

 А                                  (38)

Желательно, чтобы падение напряжения на продольной ветви синусного фильтра не превышало 5% от значения номинального напряжения

  ;                                (39)

                                 (40)

                               (41)

; ≤

Г-подобный фильтр 2-го выпрямителя:

; ;              (42)                              (43)

; ; .(44)

                       (45)

                               (46)

Коэффициент пульсаций фильтра:

;                                     (47)

Амплитуда первой гармоники переменной составляющей на входе фильтра:

                                (48)

Частота первой гармоники пульсаций:

- для трехфазной мостовой схемы.

 Гц

                                         (49)

Коэффициент пульсаций после фильтра:

.

Коэффициент сглаживания:

                                             (50)

Индуктивность, при которой имеет место граничный режим непрерывного и прерывистого тока

                                   (51)

                                           (52)

                                    (53)

Для исключения резонансных явлений на частотах близких к частоте пульсаций должно выполняться соотношение:

                                   (54)

≥ ; ;

                                       (55)

.

Находим силу тока в кабель-троссе по формуле:

м

Коэффициент пульсаций после фильтра - в пределах допуска  5%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод

В данном курсовой проекте был произведен расчет системы электроснабжения привязным подводным аппаратом, состоящей из источника питания, двух выпрямителей, фильтров, инвертора, понижающего и повышающего трансформатора и потребителей электроэнергии.

Необходимым требованием оптимальной работы схемы является значение коэффициента пульсаций напряжения на выходе второго выпрямителя меньшее чем 5%. При использовании выбранных в курсовом проекте фильтров величина коэффициента пульсаций напряжения составляет 2,727% , что является удовлетворительным значением.

 

Список используемой литературы

1. Ястребов В.С. Электроэнергетические установки подводных аппаратов. 1987г. 208стр.
2. В.А. Герасимов, А.Ю. Филоженко, П.И. Чепурин. «Структура системы электроснабжения автономного необитаемого подводного аппарата». Известия ЮФУ. Технические науки
3. Дмитриев А.Н. «Проектирование подводных аппаратов.» Издательство «Судостроение», Ленинград, 1978 г. 235 стр.
4. Прасолов С.Н., Амитин М.Б. Устройство подводных лодок. Москва, Воениздат, 1973, 311стр.

5. Александр Захаров. «Расчёт выходного фильтра, ШИМ инвертора»