阅读说明：本技术 一种用于遥控潜水器动力传输系统 (Power transmission system for remote control submersible ) 是由 齐心 崔胜国 苏辰长 欧阳赛赛 孔范东 张斌 于 2020-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种遥控潜水器的动力传输系统,具体地说遥控潜水器的动力传输系统是将水面动力电安全合理地传输到水下的潜水器系统中,该动力传输系统不仅要考虑到降低超长铠缆的损耗、补偿铠缆损耗的压降,还要具备完善的安全保护功能,包括接地保护、绝缘监视、漏电保护、联动互锁,以及电压、电流、功率的检测与监视等。本发明具有超常距离高效率输电、自动电压补偿、保护功能完善等优点。(The invention discloses a power transmission system of a remote-control submersible, in particular to a power transmission system of a remote-control submersible which safely and reasonably transmits power electricity on the water surface to a submersible system under water. The invention has the advantages of super-normal distance high-efficiency power transmission, automatic voltage compensation, perfect protection function and the like.)

一种用于遥控潜水器动力传输系统

技术领域

本发明涉及水下机器人供电技术领域，具体地说是一种遥控潜水器动力传输系统。

背景技术

遥控潜水器是水下无人作业技术的典型代表，具有安全搜救、管道检查、科研教学和能源产业等多个用途，它是人类实现开发深海、利用海洋的一项重要的技术手段，是当今深海高技术发展的前沿之一。

遥控潜水器动力传输系统为潜水器提供能源，大功率大深度遥控潜水器的动力传输系统是潜水器设计的重点和难点，需要解决超长铠缆发热和超长铠装脐带缆的水下供电电压不稳定等问题，因此一个高效实用的动力传输系统对遥控潜水器来说是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种遥控潜水器动力传输系统。该动力传输系统能够将母船提供的380VAC/50Hz电经过变频升压后通过铠缆传输到潜水器系统，通过这种方式可以降低长铠缆带来的电能衰减，并且有效降低水下变压器的体积与重量。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种用于遥控潜水器动力传输系统，包括：

水面供电系统，用于将输入的交流电变频升压后，通过铠装脐带缆输送给水下单元供电系统供电；

水下单元供电系统，用于将水面供电系统供应的交流电降压后，经过整流滤波处理输出直流电供推进器与控制系统使用。

所述水面供电系统包括：顺序连接的LC滤波器1、整流模块、滤波电容组、IGBT全桥逆变模块、LC滤波器2、隔离升压变压器；所述隔离升压变压器通过电缆与水下单元供电系统连接。

所述水下单元供电系统包括：顺序连接的水下降压变压器、三相整流模块、滤波电容；所述水下降压变压器与隔离升压变压器通过电缆连接。

水面供电系统用于将380VAC/50Hz三相交流电转变为380VAC/4000Hz三相交流电。

水下单元供电系统将4000VAC/400Hz交流电通过水下降压变压器转变为220VAC/400Hz、220VAC/400Hz、130VAC/400Hz多路输出三相交流电，两路220VAC/400Hz三相交流电在经过整流、滤波处理后输出一路600VDC与130VAC/400Hz三相交流电在经过整流、滤波处理后输出175VDC。

所述水面供电系统还包括通过信号线与IGBT全桥逆变模块连接的主控驱动板。

所述LC滤波器1与输入电源之间设有接触器模块；在每一相电源线上设有接触器，所述接触器并联有串联的输入接触器与限流电阻。

所述整流模块为全桥整流电路。

所述滤波电容组包括并联的三条电容支路和一条电阻支路，每条电容支路上有两个串联的电容，每条电阻支路上有两个串联的电阻，电阻支路上两个电阻之间的节点分别与每条电容支路上的两个电容之间的节点相连。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明在高压(4000V)条件下传输，极大的降低了通过超长铠缆的电流，使得铠缆上损失的能量降低，减小了铠缆的发热、提高了系统的效率。

2.本发明通过升高频率至400Hz可以极大减小水下变压器体积和重量，从而降低整个潜水器的尺寸。

3.本发明可通过负载用电功率变化自动进行电压补偿。

附图说明

图1为水面供电系统设计原理图；

图2为水面供电系统设计原理电路图；

图3为水下单元供电系统设计原理图；

图4为三相全桥整流原理图；

图5为三相全桥整流波形图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

一种遥控潜水器动力传输系统，包括水面供电系统和水下单元供电系统。

水面供电系统主要包括输入LC滤波器、全桥整流模块、直流滤波电容组、全桥逆变器、LC滤波器、输出隔离升压变压器及主控电路板等；水下单元供电系统主要包括水下降压变压器、三相整流模块、滤波电容、电源控制板等。

通过变频电源即水面供电系统将380VAC/50Hz三相交流电转变为380VAC/400Hz三相交流电。

通过升压变压器将380VAC/400Hz三相交流电转变为4000VAC/400Hz的高压三相交流电。

变频电源具有过压、过流、欠压、短路、过热、绝缘、报警器、隔离开关等各种保护功能；

变频电源具有RS485输出接口，可监测380VAC/50Hz交流电压、电流、4000VAC/400Hz交流电压、电流及变频电源和升压变压器状态信息；

变频电源具有根据负载功率变化情况进行电压补偿功能；

将4000VAC/400Hz交流电经远距离传输后通过降压变压器转变为220VAC/400Hz、220VAC/400Hz、130VAC/400Hz低压多路输出三相交流电。

低压三相交流电经过整流、滤波等处理后输出600VDC与175VDC分别给推进系统与控制系统供电。

水面供电系统主要是通过变频电源将380VAC/50Hz的交流电变频升压为4000VAC/400Hz的交流电，并通过铠装脐带缆输送给水下潜器供电。

电源主电路采用AC-DC-AC的工作原理设计，主要包括输入LC滤波器、整流器、直流滤波电容组、逆变器、输出隔离变压器及交流滤波电容组等组成部分。

水下供电系统主要通过降压变压器将水面供应的4000V/400Hz交流电源转换为两路220VAC和一路130VAC两种电压电源，经过整流滤波处理后输出一路600VDC和一路175VDC供推进器与控制系统使用。

水面供电系统通过变频电源将380VAC/50Hz的交流电变频升压为4000VAC/400Hz的交流电，并通过铠装脐带缆输送给水下潜器供电。

电源主电路采用AC-DC-AC的工作原理设计，主要包括输入LC滤波器、整流器、直流滤波电容组、逆变器、输出隔离变压器及交流滤波电容组等组成部分。水面变频电源设计原理图如图1、图2所示。

第一级AC-DC为整流部分。三相输入经过LC滤波器，滤波器输出经限流电阻缓冲处理，再经全桥整流模块与滤波电容组转换为直流电压。

第二级DC-AC为逆变部分。采用大功率绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为其逆变开关元件，利用先进的正弦波调制技术(SPWM),将调制波(基准正弦波电压源)与载波(基准三角波电压源)比较。当载波与调制波相交时,由该交点确定逆变器开关管IGBT开关动作时刻及开关通断状态,获得一系列宽度不等的正负矩形脉冲电压波形(SPWM波形)。该脉冲序列的特点是等幅不等宽,其宽度按正弦规律变化，在正弦波半个周期内,正负脉冲的面积总和与正弦波的面积相等。输出的脉宽调制波经LC滤波电路滤波后，得到纯正的正弦波交流电压。输出配备隔离升压变压器，提高了整机的稳定性。

水下供电系统通过水下降压变压器将4000VAC降压到220VAC和130VAC后，通过整流滤波等功能，最终输出600VDC和175VDC给推进器和控制系统供电，水下单元供电系统原理图如图3所示。

水下变压器降压后共有三个绕组提供3路交流电源输出。对每一路绕组的电源输出进行三相全桥整流，即可形成脉动直流电压输出。其仍在一定范围内波动，采用滤波电容能进一步减小电压的波动范围，三相全桥整流原理图及波形图如图4和图5所示。

图5中Ur为整流后的波形。根据三相整流计算公式。

Ur为整流后三相交流电的线电压，U为整流前三相交流电的线电压,ω为整流前三相交流电的角频率。

图5中，U_a、U_b、U_c分别为整流前的三相交流电波形图，u_τ为经过整流后的波形图，u₀为整流滤波后的波形图。

根据上述推导结果，整流后的脉动直流电压平均值为1.35U。因此变压三路输出绕组的等效平均直流电压分别为：

组1：U1＝220×1.35＝297VDC

组2：U2＝220×1.35＝297VDC

组3：U3＝130×1.35＝175VDC

上述电压值为平均电压，根据三相交流电整流后的波形，其仍在一定范围内波动，采用滤波电容能进一步减小电压的波动范围。本设计中采用两块3300Uf/450V耐压的电解电容分别对组1与组2整流后输出的电压进行电源滤波，以减小600VDC电源电压的波动范围，提高推进器电源的输入质量，从而提高推进器的控制精度。

综上所述，本发明给出了一种遥控潜水器的动力传输系统，通过高压中频传输方式，降低了动力传输链路中的损耗，解决了长铠缆发热问题，通过电压补偿功能保证了水下设备供电的稳定，为遥控潜水器提供了一种稳定高效的动力传输方法。