СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ РЛС

Полезная модель относится к системам электропитания радиолокационных станций (РЛС).
Высокие тактико-технические и эксплуатационные требования, предъявляемые к современным РЛС, привели к необходимости разработки и создания нового поколения РЛС с активной фазированной антенной решеткой (ФАР). Следствием этого явилась необходимость создания новой системы электропитания, с полупроводниковыми преобразователями.
Известна система электропитания переменным током мощной радиосистемы [1].
Недостатком системы электропитания переменным током является то, что для электропитания передающего устройства и другой аппаратуры необходимо применять стабилизаторы переменного напряжения, высоковольтные и высокопотенциальные трансформаторы с входным напряжением 380В, 50 Гц и фильтры выпрямителей, что приводит к большой массе и габаритам системы электропитания РЛС.
Наиболее близким по назначению техническим решением, принятым за прототип, является система электропитания радиолокационной станции [2], состоящая из основного и резервного дизель-агрегатов, понижающего трансформатора, ввода внешней сети, силового щита, защитно-распределительного блока, источника питания защитно-распределительного блока, стабилизатора переменного напряжения, источника питания цепей накала передающего устройства (ПУ), высоковольтного выпрямителя (ВВВ) ПУ, источника питания приемного устройства, источников питания аппаратуры РЛС, источника питания привода вращения антенно-мачтового устройства (АМУ), источников питания индикатора кругового обзора.
Недостаток системы электропитания прототипа заключается в том, что ВВВ ПУ имеет высокий уровень пульсаций выходного напряжения, для уменьшения которого необходимо использование фильтрующего устройства [3]. Даже при наличии фильтрующего устройства, пульсации на выходе ВВВ вызывают высокий уровень динамической нестабильности выходного напряжения, что приводит к высокой фазовой нестабильности передающего устройства [4], наличие которой уменьшает разрешающую способность РЛС, что в свою очередь снижает ее технические и эксплуатационные характеристики.
Для обеспечения работы системы электропитания применено большое количество источников питания с использованием трансформаторов, выпрямителей, стабилизаторов, что приводит к увеличению массы и габаритов системы электропитания.
Для управления электродвигателем вращения АМУ используется большое количество электрооборудования [2], что также увеличивает массу и габариты системы, снижает надежность.
При кратковременном отключении внешней сети 380 В, 50 Гц или дизель-агрегата напряжение на выходе источника питания защитно-распределительного блока становится равным нулю, РЛС выключается. После отключения требуется повторное включение по заданной программе, что приводит к снижению надежности работы РЛС.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является улучшение технических и эксплуатационных характеристик, как системы электропитания, так и РЛС в целом, и в том числе повышение надежности, уменьшение массо-габаритных показателей.
Технический результат достигается тем, что в систему электропитания подвижной РЛС, взятую в качестве прототипа, состоящую из основного и резервного дизель-агрегатов, ввода внешней сети, выходы которых подключены к трем входам силового щита, выход которого подключен к первому входу защитно-распределительного блока,
напряжение с которого подается на ПУ, приемное устройство, аппаратуру РЛС и привод вращения АМУ введены: выпрямитель ПУ, первые, вторые, третьи преобразователи типа «DC-DC», преобразующие постоянное напряжение в постоянное, понижающий автотрансформатор, четвертые преобразователи типа «AC-DC», преобразующие переменное напряжение в постоянное, пятый преобразователь типа «АС-АС», преобразующий переменное напряжение в переменное, шестой преобразователь типа «AC-DC». преобразующий переменное напряжение в постоянное, и аккумулятор. Выход защитно-распределительного блока соединен: с входом выпрямителя ПУ, с входом понижающего автотрансформатора, с входом пятого преобразователя, с входом шестого преобразователя. Выход выпрямителя ПУ соединен с входами первых и вторых преобразователей, выход понижающего автотрансформатора соединен с входом четвертых преобразователей, выход пятого преобразователя соединен с вентильным электродвигателем привода вращения АМУ, выход шестого преобразователя соединен с входом аккумулятора. Выход первых преобразователей соединен с промежуточными широкополосными усилителями (ПШУ) ПУ, выход вторых преобразователей соединен с мощными усилителями (МШУ) ПУ и с входом третьих преобразователей, выход которых соединен с приемными устройствами. Выход четвертых преобразователей соединен с аппаратурой РЛС. Выход шестого преобразователя соединен с входом аккумулятора, выход которого соединен со вторым входом защитно-распределительного блока и с ЭВМ.
На фиг.1 представлена структурная схема система электропитания подвижной РЛС - прототипа.
На фиг.2 представлена предлагаемая система электропитания РЛС. На фигурах 1, 2 приняты следующие обозначения:
1 - основной дизель - агрегат;
2 - резервный дизель - агрегат;
3 - ввод внешней сети;
4 - понижающий трансформатор;
5 - силовой щит;
6 - защитно-распределительный блок;
7 - источник питания защитно-распределительного блока;
8 - стабилизатор трехфазного напряжения;
9 - источник питания цепей накала передающего устройства;
10 - высоковольтный выпрямитель передающего устройства;
11 - источник питания приемного устройства;
12 - источники питания аппаратуры РЛС;
13 - источник питания привода вращения АМУ;
14 - источники питания индикатора кругового обзора;
15 - выпрямитель ПУ;
16 - первые преобразователи типа «DC-DC»;
17 - вторые преобразователи типа «DC-DC»;
18 - третьи преобразователи типа «DC-DC»;
19 - понижающий автотрансформатор;
20 - четвертые преобразователи типа «AC-DC»;
21 - пятый преобразователь типа «АС-АС»;
22 - шестой преобразователь «AC-DC»;
23 - аккумулятор.
Предлагаемая система электропитания РЛС (фиг.2) состоит из основного 1 и резервного 2 дизель - агрегатов, ввода внешней сети 3, выходы которых подключены к трем входам силового щита 5, выход силового щита 5 подключен к первому входу защитно-распределительного блока 6, выход которого подключен к входам: выпрямителя ПУ 15, понижающего автотрансформатора 19, пятого преобразователя типа «АС-АС» 21 и шестого преобразователя типа «AC-DC» 22. Выход выпрямителя ПУ 15 соединен с входами первых и вторых преобразователей типа «DC-DC» 16, 17. Выход первых преобразователей 16 подключен к промежуточным широкополосным усилителям (ПШУ) ПУ. Выход вторых
преобразователей 17 подключен к мощным усилителям (МШУ) ПУ и к входу третьих преобразователей 18. Выход преобразователей 18 подключен к приемным устройствам.
Выход понижающего автотрансформатора 19 подключен к четвертым преобразователям типа «AC-DC» 20. выходы последних - к аппаратуре РЛС. Выход пятого преобразователя типа «АС-АС» 21 подключен к вентильному электродвигателю привода вращения АМУ. Выход шестого преобразователя типа «AC-DC» 22 подключен к входу аккумулятора 23, выход которого подключен ко второму входу защитно-распределительного блока 6 и входу ЭВМ.
Система электропитания РЛС работает следующим образом.
При включении основного дизель-агрегата 1 или при подаче трехфазного напряжения от ввода внешней сети 3 напряжение 380 В, 50 Гц поступает на силовой щит 5, с помощью которого, РЛС подключается к дизель-агрегатам 1,2 или к вводу 3 внешней сети. С силового щита 5 напряжение 380 В, 50 Гц поступает на первый вход защитно-распределительного блока 6, и далее на другие элементы системы электропитания, обеспечивая при этом защиту этих цепей от токов короткого замыкания. В случае короткого замыкания или аварийного отключения РЛС, силовой щит 5 предназначен для автоматического отключения РЛС. Работа защитно-распределительного блока 6 обеспечивается напряжением 26 В с аккумулятора 23. При подаче напряжения 380 В, 50 Гц на преобразователь 22 начинается подзарядка аккумулятора 23, и включается электронно-вычислительная машина (ЭВМ), которая осуществляет дальнейшее управление РЛС. ЭВМ также обеспечивает обработку информации о цели, функции индикатора кругового обзора, контроль работоспособности элементов РЛС.
Выпрямитель ПУ 15, преобразует трехфазное напряжение 380 В, 50 Гц в постоянное напряжение 500 В. С выхода выпрямителя 15 напряжение подается на входы первых преобразователей 16, где напряжение 500 В
преобразуется в напряжение 28 В, которое с выхода этих преобразователей 16 подается на входы ПШУ ПУ.
Также с выхода выпрямителя 15 напряжение 500 В, подается на входы преобразователей 17, преобразующих его в напряжение равное 28 В, которое с выхода преобразователей 17 подается на МШУ ПУ.
Преобразователи 16, 17, питающие ПШУ и МШУ ПУ, имеют небольшую массу и габариты, что позволяет расположить их на антенной решетке и реализовать схему активной ФАР. Преобразователи 16, 17 имеют необходимую динамическую стабильность выходного напряжения. Это обеспечивает требуемую фазовую стабильность ПУ и, следовательно, высокую разрешающую способность РЛС. Выходное напряжение преобразователей 16, 17-28 В, мощность нагрузки - 80-150 Вт. Суммарная мощность преобразователей 16, питающих ПШУ достигает 1 кВт, преобразователей 17, питающих МШУ-8 кВт.
Преобразователи 16, 17 выполнены на базе однотактного прямоходового преобразователя без размагничивающей обмотки с одним коммутирующим транзистором [5].
Частота преобразования энергии в преобразователях 16, 17, составляет 100 кГц. При входном напряжении 500 В и номинальном напряжении сток-исток МДП-транзистора 1200 В, преобразователи 16, 17 обеспечивают надежную работу схемы электропитания. КПД преобразователей 16, 17, составляет 0,85-0,9, коэффициент мощности - 0,75, имеют удельную массу 100 Вт/кг, и величину динамической нестабильности выходного напряжения 30 мВ [6].
С выхода преобразователей 17 постоянное напряжение 28 В также подается на входы третьих преобразователей 18, где преобразуется в напряжения 12 и 5 В, которые с выхода преобразователей 18 подаются на приемные устройства. Применение обратноходовых преобразователей с двумя выходными напряжениями в два раза уменьшает количество преобразователей, необходимых для электропитания приемного
устройства, что приводит к увеличению надежности системы электропитания РЛС.
Преобразователи 18, питающие приемное устройство, также располагаются на антенной решетке. Мощность одного преобразователя до 7 Вт. Суммарная мощность всех преобразователей 18 составляет 600 Вт.
В преобразователях 16, 17, 18 при выходе из строя нескольких преобразователей сохраняется работоспособность РЛС, что также повышает надежность.
Назначение автотрансформатора 19 - снижение трехфазного напряжения сети с 380 В до 220 В. При подаче трехфазного напряжения 380 В, 50 Гц на вход автотрансформатора 19, с его выхода переменное напряжение 220 В, 50 Гц подается на входы четвертых преобразователей 20, имеющих свой набор выходных напряжений, 5, 6, 12, 15 и 27 В, питающих аппаратуру РЛС. В преобразователях 20 используются обратноходовые преобразователи с несколькими выходами. Мощность каждого преобразователя составляет от 30 до 50 Вт. Постоянное входное напряжение обратноходовых преобразователей 20 будет не 500 В, а 300 В. Это позволяет упростить схемы, обеспечивающие функционирование силовых транзисторов преобразователей в области безопасной работы. Мощность, потребляемая от автотрансформатора 19, составляет 5 кВт.
Преобразователи 20, выполненные на базе обратноходовых преобразователей с несколькими выходами, и понижающий автотрансформатор 19 позволяют повысить надежность работы системы электропитания аппаратуры РЛС.
При подаче напряжения 380 В, 50 Гц на вход пятого преобразователя 21, осуществляется вращение вентильного электродвигателя привода АМУ.
Преобразователь 21 при помощи транзисторов обеспечивает бесконтактное переключение обмоток вентильного двигателя мощностью 8 кВт, требуемые пусковые и переходные режимы (переход с одной скорости вращения на другую), скорости вращения, высокую надежность.
При подаче напряжения 380 В, 50 Гц на вход преобразователя 22 обеспечивается заряд аккумулятора 23 и электропитание ЭВМ постоянным напряжением 26 В. При уменьшении напряжения 380 В на входе преобразователя 22, напряжение на входе ЭВМ практически не изменяется из-за наличия аккумулятора 23. При аварийном отключении напряжения 380 В электропитание ЭВМ осуществляется от аккумулятора 23 в течение установленного времени, по истечении которого происходит отключение ЭВМ, в результате отключения не происходит сброса информации, перерыва в выдаче информации и выхода ЭВМ из строя, что повышает надежность работы системы электропитания.
При выходе из строя основного 1 дизель - агрегата, питание осуществляется от резервного 2 дизель агрегата переключением силового щита 5.
Электропитание РЛС обеспечивается двумя дизель - агрегатами 1 и 2 в случае снижения атмосферного давления или повышения температуры окружающей среды, так как происходит уменьшение выходной мощности дизель - агрегата, а также увеличения ветровой нагрузки на антенну, вызывающей увеличение потребляемой мощности электродвигателем вращения АМУ.
Таким образом, предлагаемая система электропитания РЛС позволяет обеспечить модульное построение ПУ и приемного устройства РЛС с активной ФАР, с модульным построением схемы электропитания. А использование в качестве источников питания полупроводниковых преобразователей типа «DC-DC», «AC-DC», «АС-АС», позволило улучшить технические и эксплуатационные характеристики системы
электропитания, так и РЛС в целом, повысить ее надежность и уменьшить массу и габариты.
Используемая литература:
1. «Устройства электропитания мощных радиосистем» под редакцией А.А.Ткачева, «Энергия», Москва, 1972, рис.В-1.
2. «Подвижная радиолокационная станция П-18» Военное издательство Министерства обороны СССР, Москва - 1978, УДК 621.396.96 П44.
3. «Регулятор напряжения импульсного источника электропитания радиолокационной станции» авторы В.П.Кириенко, В.Ф.Стрелков, Электротехника, №7, М, 2005 г.
4. «Методы улучшения стабильности зондирующего сигнала передающего устройства» Тезисы докладов III Всесоюзной молодежной научно-технической конференции, авторы В.М.Лапин, А.С.Орлов, Н.Новгород, 2004 г.
5. «Высокочастотный преобразователь» патент на полезную модель №47146, МПК Н 02 М 3/335, авторы В.П.Кириенко, В.Ф.Стрелков, Бюл. №22, 2005 г.
6. «Источник вторичного электропитания радиолокационной станции на современной элементной базе», авторы С.А.Емельянов, В.Ф.Стрелков, Известия академии инженерных наук им. А.М.Прохорова, том 15, Москва - Н.Новгород 2005 г.