Статья

Название статьи АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ РЕЗОНАНСНЫМ КОНТУРОМ
Автор В.А. Герасимов, М.В. Красковский, А.Ю. Филоженко
Рубрика РАЗДЕЛ IV. ГИДРОАКУСТИКА И ПОДВОДНАЯ РОБОТОТЕХНИКА
Месяц, год 04, 2016
Индекс УДК 621.31
DOI
Аннотация Рассматриваются вопросы, связанные с зарядкой аккумуляторных батарей автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) в подводном положении без подъема его на борт судна-носителя. Показана актуальность использования для процесса зарядки батарей бесконтактного способа передачи электроэнергии на аппарат. Особую значимость подобное решение приобретает при организации инфраструктуры энергообеспечения длительного подводного базирования АНПА. Приведена структура и определены функционально необходимые элементы системы бесконтактной передачи электроэнергии в виде автономного инвертора напряжения и высокочастотного трансформатора с раздельными первичной и вторичной частями. При размещении первичной части трансформатора на базе, а вторичной части на АНПА, процесс передачи электроэнергии осуществляется при совмещении контактных поверхностей частей трансформатора. Отмечена особенность использования этого способа, связанная с наличием конструктивного немагнитного зазора между первичной и вторичной обмотками трансформатора, что обуславливает низкий коэффициент магнитной связи и повышенные значения тока намагничивания трансформатора и выходного тока питающего автономного инвертора. Исследования посвящены проблеме снижения тока и уменьшению тепловых потерь на силовых ключах при сохранении уровня передаваемой энергии. Описан патентованный способ разгрузки силовых ключей автономного инвертора за счет включения резонансной индуктивно-емкостной цепи на его выходе. Проведен анализ функциональных связей между параметрами системы бесконтактной передачи энергии для исходного варианта и для случая применения резонансной цепи. Достоверность полученных результатов определяется сочетанием экспериментальных исследований, теоретических расчетов и математического моделирования системы. На численном примере показано, что предложенное техническое решение для токовой разгрузки силовых ключей позволяет уменьшить выходной ток автономного инвертора более, чем в три раза при сохранении уровня передаваемой мощности.

Скачать в PDF

Ключевые слова Бесконтактная передача электроэнергии; автономный подводный объект; высоко-частотный трансформатор; автономный инвертор напряжения; последовательный резонансный контур; разгрузка силовых ключей.
Библиографический список 1. Илларионов Г.Ю., Сиденко К.С., Бочаров Л.Ю. Угроза из глубины: XXI век. – Хабаровск: КГУП «Хабаровская краевая типография», 2011. – 304 с.
2. Герасимов В.А., Кувшинов Г.Е., Филоженко А.Ю., Чепурин П.И. Исследование режимов работы системы энергообеспечения автономного необитаемого подводного аппарата с бесконтактной передачей электроэнергии // Подводные исследования и робототехника. – 2013. – № 2. – С. 24-32.
3. Герасимов В.А., Филоженко А.Ю., Чепурин П.И. Структура системы электроснабжения автономного необитаемого подводного аппарата // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2013. – № 3 (140). – С. 47-55.
4. Герасимов В.А., Копылов В.В., Кувшинов Г.Е., Наумов Л.А., Себто Ю.Г., Филоженко А.Ю., Чепурин П.И. Математическая модель устройства для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект // Подводные исследования и робототехника. – 2012. – № 2. – С. 28-33.
5. Колпаков А.И. Проблемы проектирования IGBT-инверторов: перенапряжения и снабберы // Компоненты и технологии. – 2008. – № 5.
6. Mohan N., Undelamd T.M., Robbins W.P. Power electronics. Converters, Applications, and Design. USA, Hoboken: John Willey & Sons Ltd, 2003. – 802 p.
7. Герасимова Г.Н., Кувшинов Г.Е., Наумов Л.А., Усольцев В.К. Топологические методы анализа в электротехнике и автоматике: учеб. пособие для вузов. – Владивосток: Дальнаука, 2001. – 232 с.
8. Электротехника. В 3-х кн. Кн. I. Теория электрических и магнитных цепей. Электрические измерения / под ред. П.А. Бутырина, Р.Х. Гафиятуллина, А.Л. Шестакова. – Челябинск. Изд-во ЮУрГУ, 2003. – 505 с.
9. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. – М.: Техносфера, 2006. – 632 с.
10. Горский О.В. Исследование базовой модели индуктивно связанных контуров бесконтактного зарядного устройства имплантируемых систем. [Информационно-управляющие системы, 2013]. URL: http://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-bazovoy-modeli-induktivno-svyazannyh-konturov-beskontaktnogo-zaryadnogo-ustroystva-
implantiruemyh-sistem (дата обращения 25.02.2016).
11. Yan Lu, K.W. Eric Cheng, S.L. Ho. Quasi current mode control for the phase-shifted series resonant converter. [Transactions on Power Electronics, 2009]. URL:
http://ira.lib.polyu.edu.hk/bitstream/10397/871/1/phase-shifted-series_08.pdf (дата обращения 25.02.2016).
12. Artur J. Moradewicz, Marian P. Kazmierkowski. FPGA based control of series resonant converter for contactless power supply [Conference 2008]. URL: https://www.researchgate.net/publication/224350054 (дата обращения 25.02.2016).
13. Stanimir Valtchev. Resonant power converters in contactless energy transfer: electric vehicle and renewable energy processing. [Conference, 2015]. URL: http://elar.urfu.ru/bitstream/10995/35311/1/epp-2015-46.pdf (дата обращения 25.02.2016).
14. Stanimir Valtchev, Beatriz Borges, Kostadin Brandskiy, Ben Klaasens. Resonant contactless energy transfer with improved efficiency. [Transactions on Power Electronics, 2009]. URL:
https://www.researchgate.net/publication/224400488 (дата обращения 25.02.2016).
15. Ying-Chun Chuang, Yu-Lung Ke, Hung-Shiang Chung, Hung-Kun Chen. Implementation and analysis of an improved series-loaded resonant DC-DC converter operating above resonance for battery charges [Conference, 2008]. URL: https://www.researchgate.net/publication/4366130 (дата обращения 25.02.2016).
16. Патент RU 2558681, H20M7/797. Автономный инвертор напряжения для питания нагрузки через трансформатор с низким коэффициентом связи между его обмотками / Кувшинов Г.Е., Наумов Л.А., Себто Ю.Г., Герасимов В.А., Филоженко А.Ю., Чепурин П.И., Красковский М.В. 2015, бюл. № 22.
17. Амелина М.А., Амелин С.А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap 8. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 464 с.
18. Электрум АВ. Каталог. URL: http://electrum-av.com/images/ststii/katalog.pdf (дата обращения 25.02.2016).
19. Datasheet LEM LAH 50-P. [3 pages]. http://www.sensorica.ru/pdf/lah50-p.pdf (дата обращения 25.02.2016).
20. Datasheet LEM LA 100-P/SP13. [3 pages]. URL: http://www.lem.com/docs/products/la%20100-p%20sp13%20e.pdf (дата обращения 25.02.2016).

Comments are closed.