快捷搜索:

模拟电子技术在潜艇中有至关重要的作用

  随着潜艇自动化程度的提高,特别是电力电子技术在潜艇上逐步使用,新一代的大功率电力电子器件,在材料、理论、机理、制造工艺和应用技术等方面的研究开发,潜艇上电气设备必将会进一步向高可靠性、节能型方向发展;潜艇的电力配电、电力推进以及电气传动等方面必将带来重大变革而且也为电力电子技术在潜艇上广泛使用带来突破性进展。

  电力电子技术

  电力电子技术是集电力电子器件、电力电子功率变换技术和控制技术于一体的综合性技术。以应用电力电子器件和计算机为代表的控制技术,对电能进行处理和变换,是其研究的主要内容。

  以来,电力半导体器件出现了几十种产品,但从理论、结构和工艺的创新、应用的广泛程度和持续的发展视角来看,功率二极管、晶闸管、可关断晶闸管(GO)和电场控制器件(GB1为代表堤几个发展平台,从每个平台又派生出若干相关的器件来。每一种器件的问世,都使得功率变换电路及其控制技术不断地革新。脉宽调制(IWM)电路、零电流(ZCS)零电压(ZVS等谐振软开关电路已成为功率变换电路的重要组成部分。其控制技术由最初的分立元器件的模拟电路控制,逐步发展为基于微处理器、微控制器和数字信号处理器(DSP)等全数字控制系统。

  各种不同的功率变换器,实质是将系统输入电气参数变换为用户所需要的输出电气参数。最基本的电气参数有电压、电流、频率、相数、波形、功率等6项。基于电磁感应原理而问世的变压器,实现了交流电压和交流电流的自如变换,实现了高压交流输电和低压配电到用户,使电能的方便使用成为现实;而由于电力电子技术的进步,诞生了整流器、斩波器、逆变器、变频器等各种功率变换器,完成了频率、相位、相数的受控变换,使电能的产生、输送、分配和应用实现了优化,使以电能为核心的各种能量的转换,使电参数的全方位控制和改变,上升到高效率和高功率因数的新阶段。电气参数的全面受控变换,使得高效率用电和高品质用电相结合的目标正在一步步成为现实。

  当前,电力电子技术作为节能、节材、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使传动装置、电源技术更加成熟、经济、实用。当代应用科学的许多新发展都与电力电子技术紧密联在一起,特别是和功率控制系统联系在一起,如电气传动、通讯电源、变频调速、机车牵引、电力输送、电动汽车、储能电池,以及日新月异的基于高速数据处理的个人电脑和通讯设备等,如果没有电力电子功率控制做支持,这些新技术的进步就难以实现。电力电子技术广泛应用,对高效节能和自动化技术的发展有巨大的推动作用。

  电力电子技术在潜艇上的应用

  电力电子技术在潜艇上的应用和普及成为必然,主要体现在电力配电系统、电力推进系统以及电气传动等方面。

  电力电子技术在电力配电系统中的应用

  随着电力电子技术的飞速发展,电力配电系统中从电源到负载每一个环节都有很大的发展。基于电力电子技术的配电系统具有很好的负载调节和瞬态特性,如果配电结构合理,其配电系统具有很高的故障容错性,特别适用于完全独立或半独立的配电系统中,如舰船、潜艇、飞机、航天器等领域。

  传统上,常规动力潜艇配电网络采用的是集中辐射式供电模式给全艇负载供电。用电负载包括动力系统中的推进电机及辅助设备、各种辅机、观通导航设备、指挥操艇设备等。推进电机一般采用直流电机,辅机则包括了艇上所有的直流电机和交流电机及各种控制设备。直流辅机电网和50HZ交流电网的负载用户较多,为主要供电网络,其他电网为次级供电网络。直流辅机电网是艇上一次供电网络,它向全艇直流辅机及各个二次电网供电。早期潜艇的各次级网络电源均由变流机组获得。由于电力电子技术的发展以及半导体开关器件性能的提升,各次级供电网络电源由变流机组逐步过渡到现在的电力电子变流装置(斩波器、逆变器等)对于直流负载,采用的是DC/D(变换器渐波器)对于交流负载,采用的是DC/AC变换器(逆变器)直接优点:体积小、费用低、易维护。

  基于电力电子技术的发展,在潜艇上实现分布式供电模式才能够成为可能。潜艇分布式供电(即区域配电)的设想是:仅使直流电网贯穿全船,即将蓄电池组和柴油发电机组输出的直流电通过主干电缆和直流配电板、直流配电箱输送到全艇的直流用户,各舱室设立负载中心,负载中心由模块式电源变换装置组成,即在不同舱室根据不同的负载要求设置不同的电源变换模块,从而取消过去沿用的各种变流机组。

  电源变换装置根据负载的需要,进行直一直、交一直、直一交、交一交以及双向交一直等电源转换,提供此舱室中负载所需的任何形式的电力。而且所有的电路保护都可以由变流装置完成,极大地降低故障电路,明显优于目前使用的系统。这种配电方式对潜艇总段建造、潜艇改装特别方便,减少了穿过水密隔壁的电缆数,在隔壁上除主干电缆和观通、导航、控制电缆外,取消了辐射式配电方所存在的各种电网的纵向馈电电缆;变流装置具有通用性;利于潜艇实现全船辅机交流化。实现区域供电,模块式电源变换装置的设计必不可少。下面提出一种基于电力电子积木式模块化结构供潜艇模块式电源变换装置设计。

  电力电子积木式模块化结构(PorElecronCBuiUngBOkPEBB)概念最早是由美国海军研究所为设计舰艇的分布式供电而提出的|1.PEBB不是指通常以模块封装形式出现的单纯功率开关器件,如可关断晶闸管(GTO)、大功率复合晶体管(G1R)、功率场效应管(MCSFET)、绝缘栅极晶体管(EB!)集成化门极换流晶闸管(GCT)以及驱动电路封装在一起的P等,而是一种针对分布式电源系统进行划分和构造的新的模块化概念,它是站在系统层面对电路合理划分,抽取出具有相同功能或相似特征。

您可能还会对下面的文章感兴趣: