Исследование параметров предачи энергии по длинной кабельной линии

Глава 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ГЛУБОКОВОДНЫХ ТЕЛЕУПРАВЛЯЕМЫХ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ 8
1.1Состояние и общие тенденции развития необитаемых подводных аппаратов 8
1.2 Технические требования к основным характеристикам систем электропитания глубоководного телеуправляемого необитаемого подводного аппарата 12
1.3 Существующие варианты выполнения систем электропитания глубоководных телеуправялемых необитаемых подводных аппаратов 17
1.4 Варианты выполнения СЭП ТНПА на переменном токе 21
1.5 Варианты выполнения СЭП ТНПА на постоянном токе 27
Выводы по главе 1 30
Глава2. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ГЛУБОКОВОДНЫХ ТЕЛЕУПРАВЛЯЕМЫХ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ 31
2.1 Имитационная модель системы электропитания телеуправляемого необитаемого подводного аппарата с передачей энергии по кабель-тросу на переменном токе 31
2.2 Имитационная модель системы электропитания телеуправляемого 40
необитаемого подводного аппарата с передачей энергии по кабель-тросу на постоянном токе 40
Выводы по главе 2 44
Глава 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАБЕЛЬ-ТРОСА И АНАЛИЗ ИХ ВЛИЯНИЯ НА РАБОТУ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ГЛУБОКОВОДНЫХ ТЕЛЕУПРАВЛЯЕМЫХ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ 45
3.1 Определение электрических и конструктивных параметров кабельтроса с передачей энергии на глубину до 6000 м 45
Рекомендации по электрическим параметрам и конструкции кабель-троса 58
Выводы по главе 3 58
Глава 4. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ГЛУБОКОВОДНОГО АППАРАТА 59
4.1 Краткое описание и основные технические характеристики бортовой части системы электропитания телеуправляемого необитаемого подводного аппарата с передачей энергии по кабель-тросу на переменном токе 59
Блок преобразователей 65
4.2 Краткое описание и основные технические характеристики подводной части системы электропитания телеуправляемого необитаемого подводного аппарата с передачей энергии переменного тока по кабель-тросу 66
Система электропитания гаража-заглубителя 66
Устройство измерения напряжения и сопротивления 67
Система электропитания телеуправляемого необитаемого подводного аппарата 70
Выводы по главе 6 70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 73

Весь текст будет доступен после покупки

В настоящее время экономические интересы многих индустриально развитых стран направлены на освоение ресурсов Мирового океана, а также на проведение широкого спектра геолого-разведочных, обзорно-поисковых и других видов работ. Выполнение таких работ на морском дне в пределах больших площадей с высокой качественной достоверностью вызывает необходимость использования подводных робототехнических средств. В наибольшей степени решению этой задачи отвечают телеуправляемые необитаемые подводные аппараты (ТНПА) – робототехнические комплексы, оснащенные различной научно-исследовательской аппаратурой и специальным технологическим оборудованием.
Применение ТНПА на больших глубинах предполагает установку на борту подводного аппарата устройств со значительным энергопотреблением, таких как манипуляторы, движители, мощные осветительные приборы, а также бортовые модули управления, фото- и видеокамеры, гидролокаторы, гидроакустические системы подводной навигации, альтиметры, эхолоты и т.п. Энерговооруженность этих аппаратов может достигать 60 кВт и более.
Выбор систем электропитания (СЭП) для ТНПА определяется требованиями, среди которых важную роль играют стабильность выходного напряжения, высокая энергетическая эффективность, величина передаваемой мощности и объем информации, которой обмениваются между собой подводный аппарат и судно-носитель. При решении задач обеспечения электроэнергией такого сложного технологического оборудования (полезной нагрузки) значительно возрастает роль проектирования энергоэффективных систем электропитания и оптимизации регуляторов силовых импульсных преобразователей, как основных элементов силового канала системы электропитания.
СЭП ТНПА является распределенной и состоит из двух частей: бортовой части (БЧ), расположенной на судно-носителе, и подводной части (ПЧ), расположенной на борту ТНПА. Связь между СЭП БЧ и ПЧ осуществляется по кабель-тросу длиной до 8000 метров.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ГЛУБОКОВОДНЫХ ТЕЛЕУПРАВЛЯЕМЫХ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ

1.1 Состояние и общие тенденции развития необитаемых подводных аппаратов
Необходимость проведения различного вида работ в подводной среде Мирового океана требует создания современных подводных технических средств. К числу таких подводных средств относятся самоходные необитаемые подводные аппараты (НПА), которые представляют собой отдельный класс подводных робототехнических объектов с присущими им задачами, особенностями технологии, составом систем и функциональными свойствами. Так, без использования самоходных НПА невозможно представить развитие нефтегазодобывающей отрасли в шельфовой зоне, проведение обследовательских работ в акваториях морей, океанов и на внутренних водах, осуществление спасательных и поисковых операций затонувших объектов, гидрографические и биологические исследования на всех глубинах Мирового океана.
Аналитический обзор отечественных и зарубежных публикаций в области необитаемых подводных аппаратов позволяет представить наиболее общую классификацию самоходных НПА, хотя при всем их разнообразии (по целевому назначению, массогабаритным характеристикам, конструктивному облику, типу энергосиловой установки и т.д. и т.п.) общепризнанной классификации в этой сфере робототехники еще не сложилось (рисунок 1.1).
Все самоходные НПА можно разделить на три подкласса: телеуправляемые необитаемые подводные аппараты (ТНПА), полуавтономные необитаемые подводные аппараты (ПНПА) и автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА). К ТНПА относят буксируемые и самоходные привязные подводные аппараты. Для телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов принципиально наличие проводного канала энергообеспечения и телеуправления – кабель-троса.

Рисунок 1.1 – Классификация самоходных необитаемых подводных аппаратов

АНПА – это самоходные НПА с автономной системой энергообеспечения и, как правило, беспроводным каналом телеуправления и связи. НПА с автономной системой энергообеспечения, но с проводным каналом управления и связи (обычно на основе волоконно-оптической линии связи) составляют подкласс ПНПА.
В свою очередь ТНПА разделяют на четыре подкласса:
– малогабаритные;
– основного класса;
– рабочего класса; – донные.
Малогабаритные ТНПА делятся еще на два подкласса: микроаппараты и миниаппараты. Подкласс микроаппаратов объединяет устройства массой не более 5 кг, а миниаппаратов – от 5 до 30 кг. Одним из примеров микроаппарата может служить ТНПА типа «Гном Микро» института океанологии им. П.П. Ширшова, а миниаппарата – «Обзор-600» ОАО «Тетис Про». Как правило, малогабаритные ТНПА предназначены для выполнения обзорно-поисковых работ на глубинах до 100–300 м.
ТНПА основного класса включают аппараты массой от 30 до 300 кг. ТНПА основного класса предназначены для решения поисковых, инспекционных и осмотровых задач, выполнения легких механических работ в толще воды и проведения измерений параметров водной среды. Максимальная рабочая глубина до 3000 м.
ТНПА рабочего класса предназначены для проведения широкого круга подводно-технических работ, а именно аварийно-спасательных, поисковых, инженерно-строительных и ремонтных на глубинах до 6000 м. Масса данных ТНПА от 300 до 5000 кг вместе с достаточно сложным навесным оборудованием.
Донные ТНПА – это аппараты на гусеничном ходу, предназначенные для тяжелых механических работ на морском дне. В мире насчитывается не более 100 ТНПА этого класса. Примером донного аппарата является Т-200 разработки фирмы Perry Tritech Inc.
В зависимости от решаемых задач ТНПА может быть оснащен системой датчиков для измерения гидрохимических, гидробиологических, гидрофизических параметров: температуры, солености, прозрачности, концентрации кислорода и фитопланктона, электропроводности и др. В состав комплекса ТНПА входит гидроакустическая система позиционирования, позволяющая определять его местоположение в относительных координатах и с помощью космической навигационной системы на борту судна находить точные абсолютные координаты ТНПА и объектов исследований.
В свою очередь подкласс переносных АНПА разделяют еще на две группы – это микроаппараты и миниаппараты. Подкласс микроаппаратов объединяет аппараты по массе не более 20 кг, а миниаппаратов – от 20 до 100 кг. Примерами микроаппаратов могут служить АНПА «Дельфин» и «Гавиа» ОАО «Тетис Про».
Типовые технические характеристики микроаппаратов: дальность плавания не более 1–2 морских миль; предельная рабочая глубина менее 150 м; скорость хода 1,5–2 узла.
Типовые технические характеристики миниаппаратов: дальность плавания до 4000 морских миль; предельная рабочая глубина до 1000 м; скорость хода от 1,5 до 6 узлов.
К АНПА легкого класса относятся аппараты массой от 100 до 500 кг. Типичными примерами АНПА данного класса могут служить аппараты REMUS 600 разработки института WHOI и BPAUV фирмы Bluefin Robotics (США). Технические характеристики АНПА легкого класса: дальность плавания до 6000 морских миль; предельная рабочая глубина до 2000 м; скорость хода от 1,5 до 6 узлов.
Тяжелого класса АНПА – это аппараты массой от 500 до 2000 кг. АНПА «Блюфин 21» ОАО «Тетис Про» и Bluefin-12D американской компании Bluefin Robotics Corporation являются примерами аппаратов данного класса.
АНПА большого класса включают аппараты массой свыше 2000 кг. Примерами данного классса АНПА могут служить аппараты Explorer компании ISE.
Основными достоинствами ТНПА по сравнению с АНПА являются:
• большая продолжительность непрерывной работы;
• возможность выполнения сложных и тяжелых механических работ в толще воды и на донной поверхности;
• относительно низкая стоимость изготовления и эксплуатации;
• относительно высокая надежность конструкции.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Подводные аппараты для геологических исследований / под. ред.
А. М. Игнатова. – Геленджик: ПО «Южморгеология», 1990. – 92 с.
2. Войтов, Д. В. Телеуправляемые необитаемые подводные аппараты / Д. В. Войтов. – М: МОРКНИГА, 2012. – 506 с.
3. Подводные робототехнические комплексы: системы, технологии, применение / А. В. Инзарцев [и др.]. – Владивосток: ФГБУН Ин-т проблем морских технологий ДВО РАН, 2018. – 368 с.
4. Зарубежные самоходные необитаемые морские аппараты / А. А. Тарасенко [и др.]. – СПб.: АО «Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения «Малахит», 2016. – 300 с.
5. Ястребов, В. С. Системы управления подводных аппаратов роботов / В. С. Ястребов, А. М. Филатов. – М.: Наука, 1984. – 85 с.
6. Ястребов, В. С. Телеуправляемые подводные аппараты
/ В. С. Ястребов. – Л.: Судостроение, 1985. – 232 с.
7. Электроэнергетические установки подводных аппаратов / В. С. Ястребов [и др.]. – Л.: Судостроение, 1987. – 123 с.
8. Егоров, В. И. Подводные буксируемые системы / В. И. Егоров. – Л.: Судостроение, 1981. – 304 с.
9. Бочаров, Л. Н. Необитаемые подводные аппараты: состояние и общие тенденции развития. Ч. 1. / Л. Н. Бочаров // Электроника НТБ. – 2009. – № 7. – С. 62–69.
10. Бочаров, Л. Н. Необитаемые подводные аппараты: состояние и общие тенденции развития. Ч. 2. / Л. Н. Бочаров // Электроника НТБ. – 2009. – № 8. – С. 88–93.

Весь текст будет доступен после покупки