Разработка и создание источников бесперебойного питания систем энергообеспечения морского исполнения

СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА

Б01: 10.24937/2542-2324-2019-2-388-101-111 УДК 629.5.03

В.К. Самсыгин1, Д.В. Соколов1, Д.И. Улитовский1, М.Ю. Сергеев1, А.А. Мартынов2

1 Филиал «ЦНИИ СЭТ» ФГУП «Крыловский государственный научный центр», Санкт-Петербург, Россия

2 Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, Россия

РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ИСТОЧНИКОВ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ СИСТЕМ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ МОРСКОГО ИСПОЛНЕНИЯ

Объект и цель научной работы. Объектом работы являются источники бесперебойного питания (ИБП) систем энергообеспечения морского исполнения, разработанные ЦНИИ СЭТ. Цель состоит в сравнительной оценке результатов разработок ИБП и определении пути дальнейшего совершенствования их характеристик. Материалы и методы. Исследование проводилось на основе аналитических методов и компьютерного моделирования электромагнитных и тепловых процессов ИБП систем энергообеспечения морского исполнения, разработанных ЦНИИ СЭТ.

Основные результаты. Выполнена сравнительная оценка характеристик разработанных ИБП. Разработаны методики расчета и компьютерные модели ИБП. Показаны пути совершенствования характеристик ИБП систем энергообеспечения морского исполнения.

Заключение. Результаты исследований позволяют определить пути дальнейшего совершенствования характеристик ИБП и ускорить процесс их внедрения в системы энергообеспечения морского исполнения.

Ключевые слова: источник бесперебойного питания, зарядно-разрядное устройство, преобразователь согласующий, преобразователь постоянного напряжения, инвертор, трансформатор, фильтр. Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.

SHIP POWERING AND ELECTRIC GENERATION SYSTEMS

DOI: 10.24937/2542-2324-2019-2-388-101-111 UDC 629.5.03

V. Samsygin1, D. Sokolov1, D. Ulitovsky1, M. Sergeev1, A. Martynov2

1 TSNII SET Branch, Krylov State Research Centre, St. Petersburg, Russia

2 St. Petersburg University of Aerospace Engineering, Russia

DESIGN AND DEVELOPMENT OF UPS FOR MARINE POWER SYSTEMS

Object and purpose of research. This paper discusses uninterruptable power supplies (UPS) developed by TSNII SET for marine power systems. The purpose of the study is to compare the results of UPS developments and outline the directions of their further improvement.

Для цитирования: Самсыгин В.К., Соколов Д.В., Улитовский Д.И., Сергеев М.Ю., Мартынов А.А. Разработка и создание источников бесперебойного питания систем энергообеспечения морского исполнения. Труды Крыловского государственного научного центра. 2019; 2(388): 101-111.

For citations: Samsygin V., Sokolov D., Ulitovsky D., Sergeev M., Martynov A. Design and development of UPS for marine power systems. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2019; 2(388): 101-111 (in Russian).

Materials and methods. The study included analysis and computer-based simulation of electromagnetic and heat processes in the UPS units developed by TSNII SET for marine power systems.

Main results. Comparative assessment of performance parameters for developed UPS units. Development of calculation procedures and computer-based models for UPS. Demonstration of the ways for further improvement of UPS technology for marine power systems.

Conclusion. This study identifies possible ways of further improvement in UPS technology, as well as discusses how to speed up the introduction of UPS units to marine power systems.

Keywords: UPS, charger/discharger, adjusting converter, DC-to-DC converter, inverter, transformer, filter. Authors declare lack of the possible conflicts of interests.

Введение

Introduction

Источники бесперебойного питания (ИБП) находят широкое применение в системах энергообеспечения наземного и морского исполнения. Разработке и исследованию ИБП уделяется большое внимание как в России, так и за рубежом [1-12]. При этом особый интерес вызывают ИБП, обеспечивающие питание систем управления судном, навигации, связи, аварийного освещения и т.п. Следует отметить и отличия ИБП морского исполнения от ИБП наземного исполнения, а именно: отсутствие заземления, воздействие вибраций и ударов, качка, повышенная влажность, воздействие соли, широкий диапазон изменения температуры окружающей среды и т.д. Важность ИБП неоспорима, поскольку любой сбой в работе системы энергообеспечения может привести к самым тяжелым последствиям как для объекта, на котором установлен ИБП, так и для людей на этом

объекте. Уже много лет коллектив ЦНИИ СЭТ ведет большую и результативную работу по разработке и созданию ИБП постоянного и переменного тока, зарядно-разрядных устройств (ЗРУ), преобразователей согласующих (ПС) для систем энергообеспечения наземного и морского исполнения [5-8]. Надежность, электромагнитная совместимость и энергетические характеристики преобразователей во многом определяются совершенством методик расчета, компьютерного моделирования электромагнитных и тепловых процессов, а также уровнем проработки достаточно сложных конструкторско-технологических вопросов при изготовлении этих преобразователей. Качественные показатели разработок можно оценить по итогам работы ИБП, ЗРУ и ПС на судах.

В табл. 1 приведен перечень некоторых разработок, выполненных коллективом по тематике ИБП, ЗРУ и ПС за последние годы. Для каждого преобразователя (ИБП, ЗРУ или ПС) были созданы инженерные методики расчета [5-8] и компьютер-

Таблица 1. Проекты и научно-исследовательские работы ЦНИИ СЭТ по тематике источников бесперебойного питания, зарядно-разрядных устройств и преобразователей согласующих за последние годы

Table 1. Recent R&D projects of TSNII SET in UPS, charger/discharger and adjusting converter technology

№ п/п Наименование ИБП Проект или НИР Кол-во заказов Срок выполнения работы Тип корабля

1 ИБП-24-150-ОМ4 Проекты 745-1, 2, 3 3 2010-2012 гг. Буксиры

2 ИБП-110-50-ОМ4 «Электродвижение М» 2012 г. Судно «Гидрограф»

3 Преобразователь согласующий для ВНЭУ НИР 2014 г. Подводная лодка

4 ЗРУ для энергоустановки с электрохимическим генератором Техпроект «Североморец-2-СО-Э» 2016 г. Подводный аппарат

5 Блок гарантированного питания (БГП) Проект 21180 2016 г. Ледокол «Илья Муромец»

6 Система энергообеспечения АНПА Техпроект «Батарея-2СМ» 2017 г. Подводный аппарат

ные модели, что позволило повысить точность расчета параметров преобразователей и сократить время их разработки.

Разработка источников бесперебойного питания постоянного тока ИБП-24-150-ОМ4 и ИБП-110-50-ОМ4

Development of DC UPS IBP-24-150-OM4 and IBP-110-50-OM4

В 2010 г. для проекта 745-1 была выполнена разработка ИБП постоянного тока ИБП-24-150-ОМ4, предназначенного для аварийного энергообеспечения буксира. Технические характеристики ИБП-24-150-ОМ4 приведены в табл. 2. Заряд аккумуляторных батарей (АБ) производится в автоматическом режиме. Опционально поставляется комплект АБ и распределительный щит. В 2012 г. для проекта «Электродвижение М» был разработан источник ИБП-110-50-ОМ4, предназначенный для аварийного энергообеспечения судна «Гидрограф». Структурные схемы силовой части обоих ИБП похожи. Питание ИБП осуществляется от трехфазной сети переменного тока с частотой напряжения 50 Гц. Напряжение сети выпрямляется, фильтруется и подается на вход однофазного высокочастотного инвертора напряжения с трансформаторным выходом. Выходное напряжение инвертора регулируется посредством широтно-импульсной модуляции и подается на вход второго выпрямителя. Выпрямленное напряжение с этого выпрямителя фильтруется и подается на АБ, которая подключена параллельно нагрузке. Каждый ИБП имеет два силовых канала: один - рабочий, второй - резервный (горячий резерв). Благодаря этому обеспечивается высокая надежность ИБП. Каждый ИБП имеет цифровую систему управления, диагностики и защиты.

На рис. 1 приведено фото стойки источника бесперебойного питания постоянного тока ИБП-24-150-ОМ4. С момента поставки на суда по настоящее время нареканий на работу ИБП не поступало.

Преобразователь согласующий для воздухонезависимой энергетической установки

Adjusting converter for air-independent power plant

Разработка ПС для воздухонезависимой энергетической установки (ВНЭУ) подводной лодки выпол-

Таблица 2. Основные технические характеристики ИБП-24-150-ОМ4

Table 2. Main performance parameters of UPS-24-150-OM4

Наименование параметра Значение

Номинальная выходная мощность, кВт 3,6

Номинальное выходное напряжение, В 24

Номинальный выходной ток, А 150

Диапазон изменения выходного напряжения, В 18-30

Допустимые установившиеся отклонения выходного напряжения в режиме «Подзаряд», % ±1

Диапазон изменения тока нагрузки в режиме «Подзаряд», % 1-100

нена в рамках контракта № 98-5300/14/19-14 от 4 апреля 2014 г.

ПС преобразует электрическую энергию постоянного тока, вырабатываемую двумя электрохимическими генераторами (ЭХГ), в электрическую энергию постоянного тока для питания

Рис. 1. Стойка источника бесперебойного питания постоянного тока ИБП-24-150-04М Fig. 1. Rack for DC UPS IBP-24-150-04M

Напряжение, В 400 350

300

250

200

150

100

50

Ряд 1

Ряд 2

0

500

1000

1500

Ток, А

Рис. 2. Вольт-амперные характеристики

электрохимического генератора:

ряд 1 - в начале ресурса; ряд 2 - в конце ресурса

Fig. 2. Current-voltage curves for fuel cells: Row 1 - beginning of service life; Row 2 - end of service life

нагрузки, в состав которой входят корабельная АБ и потребители постоянного тока. Напряжение АБ может изменяться в достаточно широких пределах, но ПС должен поддерживать выходную мощность каждого ЭХГ на заданном уровне. ЭХГ преобразует энергию водородного топлива в электрическую энергию постоянного тока [13]. Использование ЭХГ в системе энергообеспечения подводной лодки и подводного аппарата позволяет существенно увеличить автономность их работы. При разработке системы энергообеспечения необходимо учитывать, что ЭХГ является нерегулируемым источником электрической энергии. Внешняя характеристика ЭХГ, приведенная на рис. 2, носит

падающий характер. Кроме этого, внешняя характеристика ЭХГ непостоянна во времени. Постепенно напряжение на выходе ЭХГ снижается (сравним характеристики рядов 1 и 2, рис. 2), что необходимо учитывать при проектировании систем энергообеспечения. На рис. 3 приведена структурная схема ПС для ВНЭУ.

Согласно рис. 3 каждый ЭХГ подключается к одной из силовых секций, в которых размещены преобразователи постоянного напряжения в постоянное напряжение (ППН). Указанные преобразователи должны обеспечивать регулирование напряжения на выходе ПС в пределах 220320 В. Выходы силовых секций (СС) соединяются с помощью переключателя К. В основу построения каждой СС положен канальный принцип, при реализации которого электрическая энергия, вырабатываемая одним ЭХГ, преобразуется несколькими каналами, работающими параллельно.

При указанных диапазонах изменения входных (рис. 2) и выходных напряжений ПС требуемые параметры ППН могут быть выполнены только с использованием двухкаскадного принципа построения канала. Каждый канал состоит из последовательно соединенных преобразователей повышающего напряжения (Пв) и понижающего напряжения (Пн).

В случае продолжения работ в этом направлении предстоит решить вопрос о дальнейшем улучшении массогабаритных и энергетических характеристик ВНЭУ.

Проведенные исследования показали целесообразность создания ЭХГ с более высоким выходным

QF2

А1

ЭХГ 1 + - Выход ПС ЭХГ 2 +-

+- ПС

Секция СС1 Секция СВУ Секция СС2

( ( QF1 ( ( QF3

]_Ап

Fig. 3. Main components of adjusting converter:

CC1, CC2 - power modules 1 and 2;

CBy - display & control module;

QF1, QF2, QF3 - automatic switches

1, 2 and 3; ЭХГ1, ЭХГ2 - electrochemical

generators (fuel cells) 1 and 2;

A1-An - power lines

for DC-to-DC converters

Рис. 3. Структурная схема преобразователя согласующего: СС1, СС2 - секции силовые 1 и 2; СВУ - секция вывода и управления; QF1, QF2, QF3 - автоматические выключатели 1, 2 и 3; ЭХГ1, ЭХГ2 - электрохимические генераторы 1 и 2; А1-Ап - параллельно включенные силовые каналы преобразователей постоянного напряжения в постоянное напряжение

+

напряжением по сравнению с выходным напряжением ЭХГ, для которого разработан ПС. При выборе величины выходного напряжения ЭХГ необходимо выполнить следующее условие: величина выходного напряжения ЭХГ во всех режимах работы ПС должна быть достаточной для того, чтобы согласование величины выходного напряжения ЭХГ и нагрузки (аккумуляторной батареи) выполнялось бы только посредством одного каскада ППН, который понижает напряжение (Пн). В таком случае каскад, повышающий напряжение, исключается из состава каждого ППН. Благодаря этому уменьшаются вес и габариты ПС, уменьшаются потери мощности и повышается КПД ПС.

Расчеты, выполненные по методике, разработанной в ходе НИР, показывают возможность реализации ПС только с одним понижающим каскадом и одним дросселем при условии обеспечения значений выходного напряжения ЭХГ в пределах:

в конце ресурса Uэхг min 350 В;

в начале ресурса U^p max = 385 В.

Предельные значения выходных напряжений

ПС: иПС min = 220 В; Um max = 320 В.

Следует также отметить, что при выполнении ВНЭУ с оптимальным согласованием параметров ЭХГ, ПС и АБ существенно упрощается схема управления ПС. Это происходит вследствие того, что при исключении повышающего каскада из схемы каждого канала СС не требуется реализации достаточно сложного управления совместной работы обоих каскадов ППН на интервале смены их работы как при повышении, так и при понижении выходного напряжения ППН.

Разработка зарядно-разрядного устройства системы энергообеспечения автономного необитаемого подводного аппарата с электрохимическим генератором

Development of charger/discharger for AUV power system with fuel cell

Разработка системы энергообеспечения автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) с ЭХГ была выполнена в рамках проекта «Батарея-2М». Продолжительность автономной работы АН-ПА во многом определяется характеристиками энергоносителя на его борту, в качестве которого, как правило, применяются АБ, сгруппированные в батарейный модуль (БМ) и подключенные к сило-

Таблица 3. Рассчитанные параметры понижающего (Пн) и повышающего (Пв) каскадов для преобразователя постоянного напряжения автономного необитаемого подводного аппарата

Table 3. Calculated parameters of step-down (Пн) and step-up (Пв) stages for DC-to-DC converter of AUV

Параметры Значение

Частота тока дросселя, кГц 90

Напряжение на входе преобразователя, В 39

Напряжение на выходе повышающего каскада, В 60

Напряжение на выходе ППН, В 42

Температура охладителя полупроводниковых элементов, °С 70*

Коэффициент пульсации выходного напряжения ППН, не более 0,005

Выходной ток преобразователя, А 95,2

КПД ППН (Пв + Пн), % 0,926*

Потери в элементах, установленных на охладителе, Вт 284*

Примечание. Параметры, отмеченные звездочкой (*), соответствуют предельно допустимому режиму работы преобразователя постоянного напряжения, при котором одновременно работают оба каскада.

вой шине параллельно нагрузке. По условиям ТЗ напряжение силовой шины АНПА должно быть в диапазоне от 42 до 58,8 В. Внешние характеристики ЭХГ для системы энергообеспечения АНПА аналогичны внешним характеристикам ЭХГ, приведенным на рис. 2. Отличие заключается в уровне выходного напряжения. Выходные напряжения ЭХГ для АНПА изменяются в пределах от 38 до 48 В при изменении тока в пределах от 0 до 110 А. Регулирование выходного напряжения ППН должно осуществляться методом широтно-импульсной модуляции [6-8].

При указанных диапазонах изменения входных и выходных напряжений требуемые параметры ППН могут быть получены только при использовании двухкаскадного принципа построения канала. В процессе выполнения НИР были рассчитаны параметры понижающего (Пн) и повышающего (Пв) каскадов (табл. 3).

Поскольку большую часть времени должен работать только один из двух каскадов, то значения параметров, отмеченных «*», будут ниже, а значения КПД - выше.

Структурная схема ЗРУ для энергоустановки с ЭХГ, разработанного по техпроекту «Северо-морец-2-СО-Э», аналогична структурной схеме ЗРУ техпроекта «Батарея-2СМ», но имеет иные технические параметры.

Разработка блока гарантированного питания

Development of UPS unit

Разработка блока гарантированного питания (БГП) выполнена по проекту 21180. Блок гарантированного питания предназначен для обеспечения ответственных потребителей ледокола «Илья Муромец» однофазным напряжением переменного тока частотой 50 Гц. Структурная схема БГП приведена на рис. 4.

БГП питается от бортовой сети переменного тока 50 Гц. На входе БГП установлен активный выпрямитель, выходное напряжение с которого подается на вход однофазного инвертора напряжения и на АБ через ЗРБ. Выходное напряжение инвертора фильтруется выходным фильтром и подается на первичную обмотку трансформатора Т1. Напряжение, снимаемое с вторичной обмотки трансформатора, через выключатель QF3 поступает в сеть. Выключатель QF3 предназначен для обеспечения режима байпас при каком-либо нарушении работы БГП. Активный выпрямитель на входе обеспечивает хорошую электромагнитную совместимость БГП с питающей сетью и высокий коэф-

фициент мощности на входе БГП. АБ БГП передает запасенную энергию на вход инвертора только при прекращении подачи электрической энергии из питающей сети.

Стойка БГП представлена на рис. 5, а основные параметры БГП - в табл. 4. В настоящее время БГП работает на борту ледокола «Илья Муромец» без отказов и сбоев.

Компьютерное моделирование электромагнитных и тепловых процессов в источниках бесперебойного питания

Computer-based simulation of electromagnetic and thermal processes in UPS units

Разработка ИБП, ЗРУ и ПС проводится с использованием компьютерного моделирования электромагнитных и тепловых процессов. Компьютерные модели для моделирования электромагнитных процессов выполнены с применением блоков библиотеки электротехнических элементов SimPowerSystems, интегрированной в пакет Simulink программы MATLAB. Были разработаны компьютерные модели:

электрохимического генератора;

вольт-амперных характеристик ЭХГ (ВАХ ЭХГ);

аккумуляторной батареи и нагрузки;

Ac

400В Б. 50 Гц C

QF3

QF1

.-ft_

Ф1

АВ

QF2

ИП1

ЗРБ

Ф2

SA1 T1

QF6

230 В 50 Гц

QF4

И

АБ

QF5

МПСУ

ПУИ

Fig. 4. Main components of UPS unit: AB - active rectifier; 3PB - battery charger; IM - inverter; AB - battery; T1 - transformer;

- input filter of active rectifier; 2 - output filter of inverter; Mncy - microchip-based control system; Mini, Mn2 - power supplies 1 and 2; QF1-QF6 - automatic switches; nyiM - control panel

Рис. 4. Структурная схема блока гарантированного питания: АВ - активный выпрямитель; ЗРБ - устройство для заряда аккумуляторной батареи; И - инвертор; АБ - аккумуляторная батарея; Т1 - трансформатор; Ф1 - входной фильтр АВ; Ф2 - выходной фильтр инвертора; МПСУ - микропроцессорная система управления; ИП1, ИП2 - источники питания 1 и 2; рр1-ррб - автоматические выключатели; ПУИ - пульт управления

И

ИП2

аппарата управления (АУ) преобразователя постоянного напряжения;

двухкаскадного преобразователя постоянного напряжения;

алгоритма управления преобразователя постоянного напряжения;

тиристорного выпрямителя;

активного выпрямителя;

однофазного инвертора напряжения;

инвертора напряжения;

преобразователя частоты.

Исследование тепловых режимов работы ИБП проводится на компьютерных моделях, выполненных в программной среде БЬСиТ [13].

В качестве примера на рис. 6 приведена компьютерная модель системы энергообеспечения АНПА с ЭХГ, а на рис. 7 - осциллограммы электромагнитных процессов системы энергообеспечения АНПА с ЭХГ. На рис. 8 представлены результаты компьютерного моделирования теплового режима охладителя полупроводникового преобразователя и корпуса АУ энергетической установки АНПА.

На рис. 7 приведены осциллограммы электромагнитных процессов токов, напряжения, мощности на выходе электрохимического генератора и на

Таблица 4. Основные параметры блока гарантированного питания Table 4. Main performance parameters of UPS unit

Наименование параметра Значение

Количество фаз (вход/выход) 3/1

Номинальная полная мощность, кВА 8

Номинальная активная мощность, кВт 6,4

Номинальное входное напряжение, В 400

Номинальная частота входного напряжения, Гц 50

Входной коэффициент мощности, не менее 0,95

Коэффициент искажения синусоидальности кривой входного тока, %, не более 7

Номинальное выходное напряжение, В 230

Номинальная частота выходного напряжения, Гц 50

Коэффициент мощности нагрузки -0,7-0,7

Коэффициент искажения синусоидальности кривой выходного напряжения при линейной нагрузке, %, не более 5

Допустимое отклонение выходного напряжения в установившемся режиме, %, не более ±2

Время работы от АБ при номинальной мощности нагрузки, мин., не менее 30

Время заряда разряженной АБ до уровня 90 %, ч., не более 8

Мощность, потребляемая из сети, кВт, не более 10,7

Коэффициент полезного действия БГП при 100 %-ной линейной нагрузке, %, не менее 85

Рис. 5. Стойка блока гарантированного питания Fig. 5. Rack of UPS unit

выходе аппарата управления электроэнергетической системы необитаемого подводного аппарата, компьютерная модель которой показана на рис. 6.

Компьютерное моделирование системы энергообеспечения АНПА показало:  работоспособность системы в заданных пределах изменения напряжения АБ;

+ o-

ECG1

CE1

+ o-

SB + Load

ECG2

CE2

Рис. 6. Компьютерная модель системы энергообеспечения автономного необитаемого подводного аппарата с электрохимическим генератором: ECG1, ECG2 -электрохимические генераторы; CE1, CE2 - аппараты управления; SB + Load - АБ с подключаемой к ней нагрузкой

Fig. 6. Computer-based model of AUV power system with electrochemical generator: ECG1, ECG2 - electrochemical generators; CE1, CE2 - control devices; SB + Load - battery with its switched load

равное распределение мощности цепи постоянного тока между двумя малогабаритными энергетическими установками (МЭУ) как при установившемся режиме работы, так и в переходных режимах;

возможность реализации режима плавного пуска МЭУ с заданной скоростью нарастания мощности;

пульсации тока на выходе ЭХГ (/эхг) не превышают 2,4 %, а пульсации выходного тока аппарата управления (7ау) - 0,5 %;

система удовлетворяет требованиям ТЗ во всех режимах работы.

Результаты компьютерного моделирования теплового режима, выполненного в программной среде ЕЬСиТ [14], приведены на рис. 8. Результаты моделирования показывают, что температура охладителя в месте контакта с корпусами полупро-

+

+

+

+

U,B 46 44 42 40

I, А 80 60 40 20 0

Р, кВт

3 2 1 0

U, В 46 44 42 40

Рис. 7. Токи, напряжения и мощности на выходе электрохимических генераторов 1, 2 и аппаратов управления 1, 2

Fig. 7. Currents, voltages and output powers of electrochemical generators 1, 2 and control units 1, 2

1 ! I

V.......

Шхг1, иэхг2

1 1 1

7 ! 1эхг1,1эхг2

/ ;

1

— i i i

i i i

/ Рэхг1, Рэхг2

j

J

Uay1, Uay2 I

h...... -

водниковых элементов ППН при заданном тепловом потоке не превысит:

а) 53 °C при охлаждении корпуса АУ МЭУ забортной водой для коэффициента конвекции а = 250 Вт/Км2;

б) 44 °C для коэффициента конвекции а = = 500 Вт/Км2 соответственно.

Данные температуры ниже принятых при расчете ППН (70 °C).

Таким образом, температура полупроводниковых переходов силовых транзисторов и диодов не выходит за пределы допустимых рабочих значений.

Заключение

Conclusion

Результаты эксплуатации поставленных на суда ИБП показывают, что разработанные ЦНИИ СЭТ методики расчета и компьютерные модели позволяют выполнить все этапы расчета и проектирования ИБП на достаточно высоком уровне. Благодаря разработанным компьютерным моделям можно определить влияние параметров электрохимического генератора, полупроводникового преобразователя, аккумулятора и нагрузки на работу системы энергообеспечения, а также выполнить выбор оптимальных параметров, обеспечивающих заданные ТЗ характеристики и показатели работы. Отметим, что оптимальные значения параметров проектируемой системы определяются в этом случае на начальной стадии разработки без изготовления лабораторного макета и его испытания, что существенно сокращает время разработки и повышает ее качество.

Библиографический список

1. Источники бесперебойного питания морского исполнения. [Электрон. ресурс] / Сайт Liveinternet. URL: https: //www.liveinternet.ru/users/enkom/ post350001011/ [дата обращения: 12.09.2018].

2. Источники бесперебойного питания (ИБП) морского исполнения. [Электрон. ресурс] / Сайт группы компаний «Спектр». URL: http://www.spectr-rs.ru/ poleznoe/ibp-morskogo-ispolneniya-morskie-ibp [дата обращения: 12.09.2018].

3. Источники бесперебойного питания ИБП [Электрон. ресурс] / Сайт компании «Алас». URL: https:// www.a-energy.ru/cat/ibp-peremennogo-toka [дата обращения: 12.09.2018].

4. Морские системы электропитания JOVYATLAS: ИБП, инверторы, выпрямители, преобразователи.

Рис. 8. Температурное поле охладителя преобразователя постоянного напряжения и корпуса аппарата управления малогабаритной энергетической установки при коэффициенте конвекции с поверхности корпуса а = 250 Вт/К-м2

Fig. 8. Cooler temperature fields of DC-to-DC converter and control unit body of a compact power plant, body surface convection coefficient a = 250 W/K-m2

[Электрон. ресурс] / Сайт российского представительства компании Wartsila Jovyatlas Euroatlas GmbH. URL: http://www.jatlas.ru/node/353 [дата обращения: 12.09.2018].

5. Мартынов А.А., КрутяковЕ.А., Самсыгин В.К., Сергеев М.Ю., Улитовский Д.И. К выбору схемы полупроводникового преобразователя для согласования напряжений электрохимического генератора и нагрузки // Труды Крыловского государственного научного центра. 2015. Вып. 89(373). С. 209-227.

6. Мартынов А.А., Самсыгин В.К., Соколов Д.В., Сергеев М.Ю., Коковинов А.А. К вопросу разработки беспроводных и проводных систем электроснабжения телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов // Перспективные системы и задачи управления: материалы XII Всероссийской научно-практической конференции и VIII молодежной школы-семинара «Управление и обработка информации в технических системах». Южный федеральный университет. Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2017. С. 388-396.

7. Мартынов А.А., Самсыгин В.К., Соколов Д.В., Коко-винов А.А., Никулкин К.А. Исследование устройства для беспроводной передачи электрической энергии на необитаемый подводный аппарат // Труды Кры-ловского государственного научного центра. 2017. Вып. 2(380). С. 92-100.

8. Мартынов А.А., Самсыгин В.К., Соколов Д.В., Ули-товский Д.И., Коковинов А.А. Расчет и моделирование преобразователя постоянного напряжения с промежуточным резонансным высокоча-

стотным инвертором // Труды Крыловского государственного научного центра. 2018. Вып. 4(386). Стр. 139-148.

9. Бардачевский Н.Н., Безсуднов Е.Ю. Состояние и перспективы применения необитаемых подводных аппаратов в области гидрографических исследований и подводной навигации // Интерэкспо Гео - Сибирь. 2013. Т. 5. Вып. 3. С. 124-128.

10. MoradewiczA.J., KazmierkowskiM.P. High efficiency contactless energy transfer system with power electronic resonant converter // Bulletin of the Polish academy of sciences technical sciences. 2009. Vol. 57. No. 4. P. 375-381.

11. Патент RU № 2401496. Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта. Кувшинов Г.Е., Копылов В.В., Филоженко А.Ю., Наумов Л.А. Дата приоритета 25.06.2009. Опуб. 10.10.2010. Бюл. 28.

12. Патент RU № 119905. Система электроснабжения подводного телеуправляемого аппарата с судна-носителя (варианты). Мишин В.Н., Пчельников В.А., Рулевский В.М., Юдинцев А.Г. Дата приоритета 27.04.2012. Опуб. 27.08.2012.

13. Аваков В.Б., Ландграф И.К., Ковалевский В.П. Экспериментальная стендовая доводка конструкции и эксплуатационных режимов твердооксидного электрохимического генератора мощностью около 1000 Вт // Труды Крыловского государственного научного центра. 2014. Вып. 81(365). С. 5-25.

14. ELCUTv.6.0. Комплекс программ для моделирования электромагнитных, тепловых и механических задач. Руководство пользователя. СПб.: Производственный кооператив ТОР, 2014.

References

1. Marine UPS units offered by ENKOM company [Online]. Available at https://www.liveinternet.ru/ users/enkom/post350001011. Accessed 12.09.2018 (in Russian).

2. Marine UPS units offered by Spectr company group. [Online]. Available at http://www.spectr-rs.ru/poleznoe/ ibp-morskogo-ispolneniya-morskie-ibp. Accessed 12.09.2018 (in Russian).

3. Uninterruptible power supplies [Online] / Web-site of Alas-Energy company. Accessed 12.09.2018 (in Russian).

4. JOVYATLAS marine power systems: UPS units, inverters, rectifiers, converters. [Online] / Web-site of Wartsila Jovyatlas Euroatlas GmbH (Russian office). Available at http://www.jatlas.ru/node/353. Accessed 12.09.2018 (in Russian).

5. A. Martynov, Ye. Krutyakov, V. Samsygin, M. Sergeev, D. Ulitovsky. On the choice of semiconductor converter circuit for matching fuel-cell and load voltages. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2015. Issue 89(373). P. 209-227 (in Russian).

6. A. Martynov, V. Samsygin, D. Sokolov, M. Sergeev, A. Kokovinov. On development of wireless and wire-based power systems for underwater ROVs // Advanced control tasks and systems. Materials of the 12th All-Russian Scientific & Practical Conference and the 8th Youth Workshop School Data management and processing in technical systems in technical systems. Rostov-on-Don: Publishing house of South Federal University, 2017. P. 388-396 (in Russian).

7. A. Martynov, V. Samsygin, D. Sokolov, A. Kokovinov, K. Nikulkin. Wireless charger for underwater unmanned vehicle (UUV) // Transactions of the Krylov State Research Centre. 2017. Issue 2 (380). P. 92-100 (in Russian).

8. A. Martynov, V. Samsygin, D. Sokolov, D. Ulitovsky, A. Kokovinov. Calculation and simulation of DC-to-DC converter with intermediate resonance-based high-frequency inverter // Transactions of the Krylov State Research Centre. 2018. Issue 4(386). P. 139-148 (in Russian).

9. N. Bardachevsky, Ye. Bezsudnov. State of the art and prospects of UUV application in hydrographic studies and underwater navigation // Interexpo GEO - Siberia. 2013. Vol. 5. Issue 3. P. 124-128 (in Russian).

10. Moradewicz A.J., Kazmierkowski M.P. High efficiency contactless energy transfer system with power electronic resonant converter // Bulletin of the Polish academy of sciences technical sciences. 2009. Vol. 57. No. 4. P. 375-381.

11. Patent RU No. 2401496. Battery charger for underwater object. G. Kuvshinov, V. Kopylov, A. Filozhenko, L. Naumov. Priority date 25.06.2009. Published on 10.10.2010. Bulletin 28 (in Russian).

12. Patent RU No. 119905. System of power feed to ROV from mother ship (variants). V. Mishin, V. Pchelnikov, V. Rulevsky, A. Yudintsev. Priority date 27.04.2012. Published on 27.08.2012 (in Russian).

13. V. Avakov, I. Landgraf V. Kovalevsky. Finalization of structure and operation modes for solid-oxide electrochemical generator with power approximately 1000W in test laboratory conditions // Transactions of the Krylov State Research Centre. 2014. Issue 81(365). P. 5-25 (in Russian).

14. ELCUTv.6.0. Package of simulation software for electromagnetic, thermal and mechanical applications. User manual. St. Petersburg: Industrial cooperative society TOR, 2014 (in Russian).

Сведения об авторах

Самсыгин Вадим Константинович, начальник лаборатории филиала «ЦНИИ СЭТ» ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Адрес: 196128, Россия, Санкт-Петербург, ул. Благодатная, 6. Тел.: 8 (812) 748-52-46. E-mail: setnil123@yandex.ru.

Соколов Дмитрий Владимирович, ведущий инженер филиала «ЦНИИ СЭТ» ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Адрес: 196128, Россия, Санкт-Петербург, ул. Благодатная, 6. Тел.: 8 (812) 748-52-48. E-mail: setnil123@yandex.ru.

Улитовский Дмитрий Иванович, ведущий инженер-программист филиала «ЦНИИ СЭТ» ФГУП «Крылов-ский государственный научный центр». Адрес: 196128, Россия, Санкт-Петербург, ул. Благодатная, 6. Тел.: 8 (812) 748-52-48. E-mail: setnil123@yandex.ru. Сергеев Максим Юрьевич, к.т.н., ведущий научный сотрудник филиала «ЦНИИ СЭТ» ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Адрес: 196128, Россия, Санкт-Петербург, ул. Благодатная, 6. Тел.: 8 (812) 748-52-48. E-mail: setnil123@yandex.ru. Мартынов Александр Александрович, к.т.н., доцент кафедры электромеханики и робототехники Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения. Адрес: 190000, Россия,

Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 67. Тел. 8 (812) 494-70-34. E-mail: Martynov41@mail.ru.

About the authors

Vadim K. Samsygin, Head of Laboratory, TSNII SET branch of Krylov State Research Centre. Address: 6, Blago-datnaya st., St. Petersburg, Russia, post code 196128. Tel.: 8 (812) 748-52-46. E-mail: setnil123@yandex.ru. Dmitry V. Sokolov, Lead Engineer, TSNII SET branch of Krylov State Research Centre. Address: 6, Blagodat-naya st., St. Petersburg, Russia, post code 196128. Tel.: 8 (812) 748-52-48. E-mail: setnil123@yandex.ru. Dmitry I. Ulitovsky, Lead Software Engineer, TSNII SET branch of Krylov State Research Centre. Address: 6, Blago-datnaya st., St. Petersburg, Russia, post code 196128. Tel.: 8 (812) 748-52-48. E-mail: setnil123@yandex.ru. Maxim Yu. Sergeev, Cand. Sci. (Eng.), Lead Researcher, TSNII SET branch of Krylov State Research Centre. Address: 6, Blagodatnaya st., St. Petersburg, Russia, post code 196128. Tel.: 8 (812) 748-52-48. E-mail: setnil123@yandex.ru. Alexandr A. Martynov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Electromechanics and Robotics Department, St. Petersburg University of Aerospace Engineering. Address: 67, Bol-shaya Morskaya st., St. Petersburg, Russia, post code 190000. Tel.: 8 (812) 494-70-34. E-mail: Martynov41@mail.ru.

Поступила / Received: 23.04.19 Принята в печать / Accepted: 20.05.19 © Коллектив авторов, 2019