Статья

Название статьи ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗОНАНСА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ БЕСКОНТАКТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ПОДВОДНЫЙ АППАРАТ
Автор В. А. Герасимов, А. Ю. Филоженко
Рубрика РАЗДЕЛ III. СИСТЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ, ПРИВОДНАЯ И ДАТЧИКОВАЯ АППАРАТУРА
Месяц, год 01, 2018
Индекс УДК 621.314(232+57)
DOI
Аннотация Рассмотрен способ повышения эффективности системы бесконтактной передачи электроэнергии за счет организации резонансных режимов. Определены особенности системы, заключающиеся в использовании такого обязательного элемента, как специальный высокочастотный трансформатор с разделяющимися первичной и вторичной частями, выполненными в виде герметичных оболочек. Наличие конструктивных контактных стенок приводит к образованию немагнитного зазора в трансформаторе, что существенным образом влияет на свойства всей системы. Повышенное значение индуктивной составляющей тока намагничивания требует применения особых способов построения системы бесконтактной передачи энергии. Актуальность такой задачи определяется требованиями к условиям использования системы с компоновкой электронных блоков в контейнерах ограниченного объема, что создает проблемы как отвода тепла от силовых ключей автономного инвертора системы передачи, так и усложняет электромагнитную совместимость блоков электроники. Решение предложено найти за счет организации резонансных режимов. Систематизированы варианты резонансных четырехполюсников, применение которых на выходе автономного инвертора и на вторичной стороне трансформатора приводят к требуемым изменениям характеристик системы заряда аккумуляторных батарей подводного аппарата. Рассмотрено эффективное сочетание некоторых видов резонансных цепей как пример одновременного решения задачи токовой разгрузки транзисторных ключей инвертора при увеличении передаваемой активной мощности. Существенным преимуществом предложенных реализаций является практически независимое формирование требуемых эффектов токовой разгрузки на первичной стороне трансформатора и деформация в нужном направлении внешней характеристики системы бесконтактной передачи электроэнергии. Путем математического моделирования системы определены параметры резонансных элементов, обеспечивающие «мягкое переключение» силовых транзисторов автономного инвертора одновременно с выполнением условий резонанса напряжений на вторичной стороне трансформатора. Предложенные решения позволили увеличить передаваемую на подводный аппарат мощность при минимизации потерь в инверторе. Результаты исследований имеют практическое применение, защищены патентами Российской федерации и позволяют повысить надежность и эффективность работы системы, которая заключается в полноценной зарядке аккумуляторных батарей аппарата за требуемый интервал времени. Приведенные теоретические выводы хорошо подтверждаются натурным экспериментом.

Скачать в PDF

Ключевые слова Подводный аппарат; бесконтактная передача электроэнергии; автономный инвертор напряжения; «мягкая коммутация»; последовательная резонансная цепь; параллельный резонанс.
Библиографический список 1. 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.
2. Wang X., Shang J., Luo Z., Tang L., Zhang X., Li J. Reviews of power systems and environ-mental energy conversion for unmanned underwater vehicles // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2012. – Vol. 16, Is. 4. – P. 1958-1970. – URL: http://www.sciencedirect.com/ science/article/pii/S1364032111006095 (дата обращения 12.02.2018).
3. Илларионов Г.Ю., Сиденко К.С., Бочаров Л.Ю. Угроза из глубины: XXI век. – Хабаровск: КГУП «Хабаровская краевая типография», 2011. – 304 с.
4. Пат. 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., заявитель и патентообладатель ИПМТ ДВО РАН. – № 2012118280/07, заявл. 03.05.2012. Опубл. 20.12.2013, Бюл. № 35. – 18 с.
5. Мартынов А.А., В.К. Самсыгин, Д.В. Соколов и др. Исследование устройства для беспроводной передачи электрической энергии на необитаемый подводный аппарат // Труды Крыловского государственного научного центра. – 2017. – № 2 (380). – С. 92-100.
6. Hobson B., McEwen R., Erickson J., Hoover T., McBride L., Shane F., Bellingham J. The development and ocean testing of an AUV docking station for a 21” AUV. IEEE Xplore. – 7 p. DOI: 10.1109/OCEANS.2007.4449318.
7. Илларионов Г.Ю., Сиденко К.С., Бочаров Л.Ю. Угроза из глубины: XXI век. – Хаба-ровск: КГУП «Хабаровская краевая типография», 2011. – 304 с. – ISBN 978-5-8570-311-6.
8. Li-yan Q. Research on Design of Plate-type Electromagnetic Coupler in Underwater Inductive Power Transmission // MATEC Web of Conferences. – 2015. – Vol. 31. – 5 p. DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/20153108004.
9. Saishenagha D., Devika M. Wireless charging system using high power, high frequency mag-netic interface for underwater electric vehicles // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. – 2016. – Vol. 11. – P. 6977-6981.
10. Wang S., Song B., Duan G., Du X. Automatic wireless power supply system to autonomous underwater vehicles by means of electromagnetic coupler // J. Shanghai Jiaotong Univ. (Sci.). – 2014. – Vol. 19 (1). – P. 110-114.
11. Hobson B., McEwen R., Erickson J., Hoover T., McBride L., Shane F., Bellingham J. The de-velopment and ocean testing of an AUV docking station for a 21” AUV // IEEE Xplore. – 7 p. DOI: 10.1109/OCEANS.2007.4449318.
12. Пат. 2637112 Российская Федерация, МПК Н02M 3/335. Автономный инвертор напряжения для питания нагрузки через трансформатор с низким коэффициентом связи между его обмотками / Герасимов В.А., Филоженко А.Ю., Кувшинов Г.Ю., Чепурин П.И., Красковский М.В., заявитель и патентообладатель ИПМТ ДВО РАН. – № 2016147592, заявл. 05.12.2016; опубл. 30.11.2017, Бюл. № 34. – 14 с.
13. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. – М.: Техносфера, 2006.
– 632 с.
14. Пат. 2558681 Российская федерация, МПК H02M 7/797. Автономный инвертор напряжения для питания нагрузки через трансформатор с низким коэффициентом связи между его обмотками / Герасимов В.А., Красковский М.В., Кувшинов Г.Е., Наумов Л.А., Себто Ю.Г., Филоженко А.Ю., Чепурин П.И.; заявитель и патентообладатель ИПМТ ДВО РАН. – № 2014111547/07, заявл. 25.03.2014; опубл. 10.08.2015, Бюл. № 22. – 22 с.
15. Пат. 2629751 Российская федерация, МПК H 02M 7/797. Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект через трансформатор с низким коэффициентом связи / Герасимов В.А., Филоженко А.Ю., заявитель и патентообладатель ИПМТ ДВО РАН. – № 2016138230, заявл. 26.09.2016, ,опубл. 01.09.2017, Бюл. № 25. – 14 с.
16. Пат. 2602078 Российская Федерация, МПК Н02J 7/02. Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта / Герасимов В.А., Филоженко А.Ю.; заявитель и патентообладатель ИПМТ ДВО РАН. – № 2015146625/07 заявл. 28.10.2015; опубл. 10.11.2016, Бюл. № 31. – 17 с.
17. 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.
18. Mohan N., Undelamd T.M., Robbins W.P. Powerelectronics. – Converters, Applications, and Design. USA, Hoboken: John Willey & Sons Ltd, 2003. – 802 p.
19. 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, Is. 13. – P. 305-311.
20. 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.

Comments are closed.