隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,電力配電系統(tǒng)中從電源到負(fù)載每一個(gè)環(huán)節(jié)都有很大的發(fā)展?;陔娏﹄娮蛹夹g(shù)的配電系統(tǒng)具有很好的負(fù)載調(diào)節(jié)和瞬態(tài)特性,如果配電結(jié)構(gòu)合理,其配電系統(tǒng)具有很高的故障容錯(cuò)性,特別適用于完全獨(dú)立或半獨(dú)立的配電系統(tǒng)中,如艦船、潛艇、飛機(jī)、航天器等領(lǐng)域。
傳統(tǒng)上,常規(guī)動(dòng)力潛艇配電網(wǎng)絡(luò)采用的是集中輻射式供電模式給全艇負(fù)載供電。用電負(fù)載包括動(dòng)力系統(tǒng)中的推進(jìn)電機(jī)及輔助設(shè)備、各種輔機(jī)、觀通導(dǎo)航設(shè)備、指揮操艇設(shè)備等。推進(jìn)電機(jī)一般采用直流電機(jī),輔機(jī)則包括了艇上所有的直流電機(jī)和交流電機(jī)及各種控制設(shè)備。直流輔機(jī)電網(wǎng)和50HZ交流電網(wǎng)的負(fù)載用戶較多,為主要供電網(wǎng)絡(luò),其他電網(wǎng)為次級(jí)供電網(wǎng)絡(luò)。直流輔機(jī)電網(wǎng)是艇上一次供電網(wǎng)絡(luò),它向全艇直流輔機(jī)及各個(gè)二次電網(wǎng)供電。早期潛艇的各次級(jí)網(wǎng)絡(luò)電源均由變流機(jī)組獲得。由于電力電子技術(shù)的發(fā)展以及半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件性能的提升,各次級(jí)供電網(wǎng)絡(luò)電源由變流機(jī)組逐步過(guò)渡到現(xiàn)在的電力電子變流裝置(斬波器、逆變器等)對(duì)于直流負(fù)載,采用的是DC/D(變換器漸波器)對(duì)于交流負(fù)載,采用的是DC/AC變換器(逆變器)直接優(yōu)點(diǎn):體積小、費(fèi)用低、易維護(hù)。
基于電力電子技術(shù)的發(fā)展,在潛艇上實(shí)現(xiàn)分布式供電模式才能夠成為可能。潛艇分布式供電(即區(qū)域配電)的設(shè)想是:僅使直流電網(wǎng)貫穿全船,即將蓄電池組和柴油發(fā)電機(jī)組輸出的直流電通過(guò)主干電纜和直流配電板、直流配電箱輸送到全艇的直流用戶,各艙室設(shè)立負(fù)載中心,負(fù)載中心由模塊式電源變換裝置組成,即在不同艙室根據(jù)不同的負(fù)載要求設(shè)置不同的電源變換模塊,從而取消過(guò)去沿用的各種變流機(jī)組。
電源變換裝置根據(jù)負(fù)載的需要,進(jìn)行直一直、交一直、直一交、交一交以及雙向交一直等電源轉(zhuǎn)換,提供此艙室中負(fù)載所需的任何形式的電力。而且所有的電路保護(hù)都可以由變流裝置完成,極大地降低故障電路,明顯優(yōu)于目前使用的系統(tǒng)。這種配電方式對(duì)潛艇總段建造、潛艇改裝特別方便,減少了穿過(guò)水密隔壁的電纜數(shù),在隔壁上除主干電纜和觀通、導(dǎo)航、控制電纜外,取消了輻射式配電方所存在的各種電網(wǎng)的縱向饋電電纜;變流裝置具有通用性;利于潛艇實(shí)現(xiàn)全船輔機(jī)交流化。實(shí)現(xiàn)區(qū)域供電,模塊式電源變換裝置的設(shè)計(jì)必不可少。下面提出一種基于電力電子積木式模塊化結(jié)構(gòu)供潛艇模塊式電源變換裝置設(shè)計(jì)。
電力電子積木式模塊化結(jié)構(gòu)(PorElecronCBuiUngBOkPEBB)概念最早是由美國(guó)海軍研究所為設(shè)計(jì)艦艇的分布式供電而提出的|1.PEBB不是指通常以模塊封裝形式出現(xiàn)的單純功率開(kāi)關(guān)器件,如可關(guān)斷晶閘管(GTO)、大功率復(fù)合晶體管(G1R)、功率場(chǎng)效應(yīng)管(MCSFET)、絕緣柵極晶體管(EB!)集成化門極換流晶閘管(GCT)以及驅(qū)動(dòng)電路封裝在一起的P等,而是一種針對(duì)分布式電源系統(tǒng)進(jìn)行劃分和構(gòu)造的新的模塊化概念,它是站在系統(tǒng)層面對(duì)電路合理劃分,抽取出具有相同功能或相似特征。