УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ (ВАРИАНТЫ)
DEVICE FOR ELECTRIC ENERGY TRANSMISSION IN ROCKET AND SPACE COMPLEXES (VERSIONS)

Изобретение относится к способу и устройству для передачи электрической энергии.
В ракетно-космических (Р-К) комплексах электропитание бортовой аппаратуры и агрегатов в полете осуществляется от бортовых батарей, в некоторых случаях - аккумуляторных батарей, в то время, как при наземных проверках, испытаниях, подготовке к пуску и других работах, электропитание бортовой аппаратуры и агрегатов осуществляется от наземных эквивалентов бортовых батарей.
Наземный эквивалент бортовой батареи представляет собой наземный источник питания (ИП) требуемой мощности, в котором первичное переменное напряжение ~380/220 В 50 Гц преобразуется в постоянное напряжение =30 В. Стабилизация напряжения до 1 В. Это напряжение от наземного источника питания по наземной кабельной сети (НКС), а затем и по бортовой кабельной сети (БКС) поступает на бортовой силовой коммутатор, который и подключает бортовую аппаратуру и агрегаты к наземному электропитанию.
В случае использования, в частности на ракетоносителях аккумуляторных батарей, для их подзарядки необходим наземный источник питания с другим напряжением, что также увеличивает параметры НКС и БКС.
Таким образом, принципиальное отличие систем электроснабжения бортовых потребителей от бортовых батарей или от наземных эквивалентов заключается в том, что батареи находятся рядом с потребителями, а наземные эквиваленты - за десятки и сотни метров. Такое отличие определяет и качество электроснабжения от наземных эквивалентов (повышенные импульсации, провалы и всплески напряжения при коммутации активных и реактивных нагрузок и др.).
Чтобы повысить качество электроснабжения бортовых потребителей от наземных эквивалентов, обычно увеличивают сечение силовых кабелей НКС и БКС, ставят фильтры по питанию на входах бортовых потребителей. Эти мероприятия увеличивают вес БКС, бортовой аппаратуры и снижают вес полезной нагрузки.
2
2
2
2
Известны способ и устройство передачи электрической энергии (патент №2273939, бюл. 10), в котором передачу электрической энергии осуществляют под землей или под водой в резонансном режиме при резонансной частоте 50 Гц - 50 кГц и напряжении 1-1000 кВ, плотности тока 1-500 А/мм по однопроводниковому электроизолированному кабелю, в частности многожильному, длиной 1-20000 км сечением 0.01-1000 см, у которого диаметр кабеля в 5-100 раз превышает диаметр проводника. В другом варианте передачу электрической энергии осуществляют под землей или под водой в резонансном режиме по осесимметричному однопроводниковому волноводу внутри герметичного пустотелого диэлектрического цилиндрического канала в атмосфере изолирующего газа, в частности элегаза, при давлении 1-10 кг/см. В еще одном варианте способа электрическую энергию передают по одиночному электростатически экранированному и электроизолированному волноводу поверхностной волны внутри пустотелого цилиндрического экрана и герметичного диэлектрического канала в атмосфере изолированного газа. Высоковольтная линия может быть выполнена под землей или под водой в виде однопроводникового волновода длиной 1-20000 км, сечением 0,01-1000 см, установленного осесимметрично внутри трубопровода диаметром 0,02-10 м из диэлектрического материала. Для повышения передаваемого напряжения и мощности волновод выполнен из электроизолированного кабеля с толщиной изоляции 3-300 мм, а пространство между волноводом и трубопроводом заполнено электроизолирующим газом под давлением, например элегазом. Высоковольтная линия выполнена в виде однопроводникового волновода длиной 1-20000 км, сечением 0,01-1000 см, установленного осесимметрично внутри трубопровода диаметром 0,02-10 м из диэлектрического материала, и содержит электрический экран, выполненный в виде множества электроизолированных друг от друга незамкнутых проводящих цилиндрических оболочек, общая длина которых равна длине волновода, а длина каждой проводящей оболочки составляет 1-1000 м.
Известен способ передачи электрической энергии по однопроводной линии (патент №97117756) путем получения токов высокой частоты с помощью высокочастотного генератора, имеющего активный усилительный элемент, и подачи указанных токов на первичную обмотку повышающего трансформатора, вторичная обмотка которого разомкнута и к которому присоединены однопроводная линия передачи и нагрузка, отличающийся тем, что используют повышающий трансформатор, первичная обмотка которого выполнена трехполюсной, ее выводы соединены с активным усилительным элементом высокочастотного генератора с образованием автогенератора, работающего по трехточечной схеме с автоматическим установлением и поддержанием резонансных электрических колебаний в системе, содержащей автогенератор, повышающий трансформатор, однопроводную линию передачи и нагрузку, при этом однопроводная линия передачи присоединена к одному из выводов вторичной обмотки повышающего трансформатора или повышающий трансформатор дополнительно содержит однополюсный изолированный элемент, расположенный внутри или снаружи повышающего трансформатора и служащий для сбора энергии, излучаемой повышающим трансформатором, а однопроводная линия передачи присоединена к указанному элементу.
Недостатком этих способов является то, что приемные понижающие преобразователи напряжения имеют на выходе только одно напряжение, зависящее от вида и динамики нагрузки.
Целью данного изобретения является уменьшение количества и массы проводов для передачи электроэнергии в Р-К комплексах, а также повышение качества электропитания бортовой аппаратуры.
Указанная цель достигается путем преобразования электрической энергии от источника энергии в высокое напряжение повышенной частоты и передачи электрической энергии по одному проводу в резонансном режиме до потребителя, у которого установлен понижающий преобразователь, имеющий несколько выходных напряжений.
Технический результат достигается также тем, что устройство передачи электрической энергии в Р-К комплексах содержит наземный источник питания, линию электропередачи и бортовую кабельную сеть, при этом наземный источник питания содержит преобразователь частоты, повышающий резонансный контур, однопроводную линию электропередачи и понижающий трансформатор, при этом средняя точка резонансного контура соединена с блоком обратной связи для автоматической подстройки выходного напряжения и частоты в линии электропередачи, а понижающий трансформатор имеет несколько выходных обмоток для подключения нагрузок с разными напряжениями, причем одна из обмоток также подключена к блоку обратной связи преобразователя частоты для точной подстройки выходного напряжения в нагрузках.
В другом варианте устройство передачи электрической энергии в Р-К комплексах, содержит наземный источник питания, линию электропередачи и бортовую кабельную сеть, при этом наземный источник питания содержит преобразователь частоты, повышающий резонансный трансформатор, однопроводную линию электропередачи и понижающий трансформатор, при этом средняя точка LC-контура резонансного трансформатора соединена с блоком обратной связи для автоматической подстройки выходного напряжения и частоты в линии электропередачи, а понижающий трансформатор имеет несколько выходных обмоток для подключения нагрузок с разными напряжениями, при этом одна из обмоток также подключена к блоку обратной связи преобразователя частоты для точной подстройки выходного напряжения в нагрузках.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1 и 2.
На фиг.1 представлена устройство передачи электрической энергии в Р-К комплексах по однопроводной линии с использованием резонансного контура и резонансного трансформатора и двумя выходными напряжениями обратного преобразователя. В этой системе преобразователь частоты имеет обратную связь по выходному напряжению и резонансной частоте. Обратный преобразователь имеет три выхода, первый для питания бортового оборудования, второй выход, например, для подключения к зарядному устройству бортовых аккумуляторов, третий для осуществления обратной связи для стабилизации выходных напряжений.
На фиг.2 представлено устройство передачи электрической энергии в Р-К комплексах по однопроводной линии с использованием резонансного трансформатора и двумя выходными напряжениями обратного преобразователя. В этой системе преобразователь частоты имеет обратную связь по выходному напряжению и резонансной частоте. Обратный преобразователь имеет три выхода, первый для питания бортового оборудования, второй выход, например, для подключения к зарядному устройству бортовых аккумуляторов, третий для осуществления обратной связи для стабилизации выходных напряжений.
Устройство (фиг.1) содержит выпрямитель 1, силовой каскад 2, блок обратной связи для стабилизации напряжения и частоты 3, резонансную катушку 4, конденсатор 5, линию обратной связи 6, линию электропередачи 7, входную обмотку приемного трансформатора 8, выходную обмотку приемного трансформатора 9, выпрямитель 10, выходную обмотку 11, выпрямитель 12, изолированную емкость или заземление 13, выходную обмотку 17, выпрямитель 18 и провод обратной связи 19.
Устройство фиг.2 содержит выпрямитель 1, силовой каскад 2, блок обратной связи для стабилизации напряжения и частоты 3, линию обратной связи 6, линию электропередачи 7, входную обмотку приемного трансформатора 8, выходную обмотку приемного трансформатора 9, выпрямитель 10, выходную обмотку 11, выпрямитель 12, изолированную емкость или заземление 13, конденсатор 14, первичную обмотку резонансного трансформатора 15, вторичную обмотку резонансного трансформатора 16, выходную обмотку 17, выпрямитель 18 и провод обратной связи 19.
Устройство передачи электрической энергии работает следующим образом.
Электрическая энергия от электрической сети подается на выпрямитель 1, затем на силовую часть 2 преобразователя частоты, затем через конденсатор 14 на низковольтную обмотку 15 повышающего высокочастотного резонансного трансформатора (фиг.2) или на последовательный резонансный контур, состоящий из конденсатора 5 и высоковольтного дросселя 4 (фиг.1, 2). Средняя точка резонансного контура 20 или высоковольтная обмотка 16 высокочастотного резонансного трансформатора своим высоковольтным выводом соединена однопроводной линией 7. Низкопотенциальный вывод высоковольтной обмотки 16 трансформатора заземлен через конденсатор или без него. К однопроводной линии электропередачи подключена первичная обмотка понижающего резонансного трансформатора 8, другой вывод первичной обмотки соединяется с изолированным проводящим телом 13 или с заземлением. Выходная обмотка 9 трансформатора соединена с выпрямителем 10, выходная обмотка 11 соединяется с выпрямителем 12, выходная обмотка 17 соединяется с выпрямителем 18. Блок обратной связи 3 подключен к средней точке резонансного контура 20 (фиг.2), или к средней точке резонансного контура выходного трансформатора 21 (фиг.1), или к линии электропередачи и синхронизирует рабочую частоту преобразователя частоты с резонансной частотой контура и линии электропередачи и стабилизирует выходное напряжение. К выпрямителю 10 подключается бортовое оборудование ракеты, а к выпрямителю 12 подключается зарядное устройство аккумуляторных батарей, к выпрямителю 18 подключается провод обратной связи 19, который подключается к блоку управления 3.
Пример реализации устройства: резонансная частота высокочастотного резонансного трансформатора или контура составляет 1…20 кГц, напряжение однопроводной линии 7 составляет 0,5…10 кВ, выходное напряжение обратного напряжения для работы оборудования 24…32 В, выходное напряжение для блока заряда аккумуляторов 32…40 В.