Статья

Название статьи ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ БЕСКОНТАКТНОГО ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ АВТОНОМНОГО НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА
Автор В.А. Герасимов, М.В. Красковский, А.Ю. Филоженко
Рубрика РАЗДЕЛ IV. ПРИВОДЫ И СИСТЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ
Месяц, год 01-02, 2017
Индекс УДК 621.31
DOI
Аннотация Определена структура системы бесконтактной передачи электроэнергии на борт автономного необитаемого подводного аппарата для осуществления зарядки его аккумуляторных батарей при подводном базирования. Отмечены преимущества такого способа заряда и показаны особенности режимов работы автономного инвертора и высокочастотного трансформатора, который выполнен с разделяющимися первичной и вторичной частями. Наличие немагнитного зазора между обмотками является следствием особенности конструкции и приводит к увеличенной намагничивающей составляющей тока трансформатора и повышенному выходному току инвертора. Поставлена задача повышения эффективности системы бесконтактной передачи электроэнергии путем токовой разгрузки силовых транзисторов автономного инвертора за счет компенсации индуктивной составляющей его выходного тока. Рассмотрены известные технические решения и обосновано применения для решения поставленной задачи последовательной резонансной цепи из индуктивности и конденсатора, включаемых параллельно первичной обмотке трансформатора. Выполнено математическое моделирование системы с подключенной резонансной цепью и определены рекомендации по выбору параметров и режимов работы, при-водящие к решению поставленной задачи. Анализ диаграмм сигналов, полученных при математическом моделировании, позволил сформулировать требования, обеспечивающие «мягкое переключение» как при включении, так и при выключении силовых ключей автономного инвертора. Найденные решения позволили минимизировать потери мощности в инверторе, уменьшить нагрев его элементов и повысить надежность и эффективность работы, сводящуюся к осуществлению зарядки аккумуляторных батарей аппарата за требуемый интервал времени. Показано, что использование резонанса на вторичной стороне трансформатора позволяет деформировать внешнюю характеристику системы в желаемом направлении, что позволяет повысить уровень передаваемой на выход электрической мощности при сохранении минимальных потерь в инверторе. Приведенные теоретические выводы хорошо подтверждаются натурным экспериментом.

Скачать в PDF

Ключевые слова Автономный необитаемый подводный аппарат; бесконтактная передача электро-энергии; автономный инвертор напряжения; «мягкая коммутация»; последовательная резонансная цепь; параллельный резонанс.
Библиографический список 1. Manley J.E. Unmanned Surface Vehicles, 15 Years of Development // OCEANS. – 2008. – 4 P. Доступ для зарегистрированных пользователей. – URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/ 5152052/ (дата обращения 12.01.2017).
2. Wang X., Shang J., Luo Z., Tang L., Zhang X., Li J. Reviews of power systems and envi-ronmental energy conversion for unmanned underwater vehicles // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2012. – Vol. 16, Issue 4. – P. 1958-1970. Доступ для зарегистрированных пользователей. – URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S1364032111006095 (дата обращения 12.01.2017).
3. Stanimir S. Valtchev, Elena N. Baikova, Luis R. Jorge Electromagnetic Field as the Wireless Transporter of Energy // Facta Universitatis, Ser: Elec. Energ. – December 2012. – Vol. 25, No. 3. – P. 171-181
4. Singh S.K., Hasarmani T.S., Holmukhe R.M. Wireless Transmission of Electrical Power Over-view of Recent Research and Development // International Journal of Computer and Electrical Engineering. – 2012. – P. 207-211.
5. Патент 2502170, Российская федерация. Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект (варианты) / Герасимов В.А., Копылов В.В, Кувшинов Г.Е., Наумов Л.А., Филоженко А.Ю., Чепурин П.И. Опубл. 2013, Бюл. №35.
6. Илларионов Г.Ю., Сиденко К.С., Бочаров Л.Ю. Угроза из глубины: XXI век. – Хабаровск: КГУП «Хабаровская краевая типография», 2011. – 304 с.
7. 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.
8. Герасимова Г.Н., Кувшинов Г.Е., Наумов Л.А., Усольцев В.К. Топологические методы анализа в электротехнике и автоматике: учеб. пособие для вузов. – Владивосток: Даль-наука, 2001. – 232 c.
9. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. – М.: Техносфера, 2006. – 632 с.
10. Ching-Ming Lai, Ming-Ji Yang, Shih-Kun Liang. A Zero Input Current Ripple ZVS/ZCS Boost Converter with Boumdary-Mode Control // Energies. – 2014. – P. 6765-6782
11. MohanN., UndelamdT.M., RobbinsW.P. Powerelectronics. – Converters, Applications, and Design. USA, Hoboken: John Willey & Sons Ltd, 2003. – 802 p.
12. Won-suk Choi, Sungmo Young. Analysis of MOSFET Failure Modes in LLC Resonant Con-verter // Сайт компании Fairchild. – 2009. – 12 c. – URL: http://fairchildsemi.com (дата об-ращения 19.01.2017).
13. Герасимов В.А., Красковский М.В., Филоженко А.Ю. Автономный инвертор напряжения с последовательным резонансным контуром // Известия ЮФУ. Технические науки.
– 2016. – № 4 (177). – С. 147-158.
14. Патент 2558681, Российская федерация. 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. Опубл. 2015, бюл. № 22.
15. Герасимов В.А., Красковский М.В, Кувшинов Г.Е., Филоженко А.Ю. Использование резонанса для токовой разгрузки транзисторных ключей инвертора // Двойные технологии. – 2016. – № 4 (77). – С. 55-60.
16. Kraskovskiy M.V., Gerasimov V.A., Kuvshinov G.E., Filozhenko A.Y. The Use of Resonance for Current Downloading of the Transistor Keys of the Inverter // International Journal of Control Theory and Applications. – 2016. – Vol. 9, Issue 13. – P. 305-311.
17. Герасимов В.А., Красковский М.В., Кувшинов Г.Е., Филоженко А.Ю. Повышение эффективности бесконтактной передачи электроэнергии на автономный подводный аппарат // Подводные исследования и робототехника. – 2016. – № 1. – С. 24-30.
18. Патент 2530877, Российская федерация. Устройство для зарядки аккумуляторной батареи / Герасимов В.А., Филоженко А.Ю., Чепурин П.И. . Опубл. 2014, Бюл. №29.
19. Патент 2602078, Российская федерация. Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта / Герасимов В.А., Филоженко А.Ю. Опубл. 2016, Бюл. № 31.
20. MetallizedPolypropyleneFilmCapacitors // «Ай-Си Контракт». – URL: http://www.ic-contract.ru/images/pdf/TDK/MKP_B32656S.pdf (дата обращения 24.03.2016).

Comments are closed.