Статья

Название статьи ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСФОРМАТОРА СИСТЕМЫ БЕСКОНТАКТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Автор В. А. Герасимов, А. В. Комлев, М. В. Красковский, А. Ю. Филоженко, И. А. Чемезов
Рубрика РАЗДЕЛ III. СИСТЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ, ПРИВОДНАЯ И ДАТЧИКОВАЯ АППАРАТУРА
Месяц, год 01, 2018
Индекс УДК 621.3(001.3+14.232)
DOI
Аннотация Рассматриваются вопросы построения системы бесконтактной передачи (СБПЭ) электроэнергии на борт автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) для заряда его аккумуляторных батарей. Объектом исследования в статье является специальный высокочастотный силовой трансформатор с разделяющимися первичной и вторичной частями, который входит в состав СБПЭ и в значительной степени определяет свойства системы. В качестве задачи исследования поставлено обоснование и разработка методики расчета конструктивных параметров трансформатора, удовлетворяющего заданным условиям эксплуатации и обеспечивающего передачу требуемой мощности. В основу исследований положено математическое моделирование электромагнитных процессов в трансформаторе в программном пакете ANSYS Maxwell в сочетании с натурным экспериментом. Выделены характеризующие параметры в виде коэффициента магнитной связи и удельной индуктивности витка обмотки и обосновано их применение для полной идентификации свойств исследуемого трансформатора. Предложена система относительных единиц, в которой характеризующие параметры имеют постоянное значение для любых сердечников одного типоразмера, что позволяет легко выполнять масштабирование результатов полученных технических решений при изменении требований по передаваемой мощности. Предложена методика определения аппроксимирующих полиномов, связывающих массивы значений коэффициента связи и удельной индуктивности с относительными значениями зазоров между контактными поверхностями частей трансформатора и межосевыми смещениями, появление которых возможно при выполнении автоматического причаливания подводного аппарата к объекту подводного базирования. Выполненные исследования позволили предложить и обосновать методику расчета основных конструктивных параметров трансформаторов при наборе исходных данных в виде сочетания заданных электрических характеристик и предъявляемых ограничений по точности стыковки контактных поверхностей частей трансформатора. Алгоритм расчета как определенная последовательность вычислительных блоков и условных переходов оформлен в виде блок-схемы. Блок схема в наглядном виде представляет взаимосвязи вычислительных операций и неформальным образом показывает пути оптимизации конструкции трансформатора. Полученные результаты относятся к ферритовым сердечникам чашечного типа, однако принятые в исследованиях подходы дают возможность расширения методики расчета к другим конструктивным обликам трансформаторов, которые могут найти применение в системе бесконтактной зарядки аккумуляторных батарей АНПА.

Скачать в PDF

Ключевые слова Автономный необитаемый подводный аппарат; заряд аккумуляторных батарей; бесконтактная передача электроэнергии; высокочастотный трансформатор; методика расчета.
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 environmental energy conversion for unmanned underwater vehicles // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2012. – Vol. 16, Issue 4. – P. 1958-1970. – URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032111006095 (дата обращения 12.02.2018).
3. Илларионов Г.Ю., Щербатюк А.Ф., Кушнерик А.А., Квашнин А.Г. Донные причальные устройства для автономных необитаемых подводных аппаратов // Двойные технологии. – 2011. – № 1.
4. Илларионов Г.Ю., Сиденко К.С., Бочаров Л.Ю. Угроза из глубины: XXI век. – Хабаровск: КГУП «Хабаровская краевая типография», 2011. – 304 с. – ISBN 978-5-8570-311-6.
5. 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.
6. Saishenagha D., Devika M. Wireless charging system using high power, high frequency magnetic interface for underwater electric vehicles // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. – 2016. – Vol. 11. – P. 6977-6981.
7. 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.
8. Shi J., Li D., Yang C. Design and analysis of an underwater inductive coupling power transfer system for autonomous underwater vehicle docking applications // J Zhejiang University-Science C (Computers & Electronics). – 2014. – Vol. 15 (1). – P. 51-62.
9. 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.
10. Пат. 2564199 Российская федерация, МПК H02J 7/00 (2006/01). Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект / Герасимов В.А., Кувшинов Г.Е., Попов О.С., Филоженко А.Ю., Чепурин П. И., заявитель и патентообладатель ИПМТ ДВО РАН. – № 2014123766/02; заявл. 10.06.2014; опубл. 27.09.2015, Бюл. № 27. – 13 с.
11. 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 30. – P. 305-311.
12. McGinnis T., Henze C.P., Conroy K. Inductive power system for autonomous underwater vehicles // OCEANS. – 2007. – 6 p. – URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/4449219/ (дата обращения 22.02.2018).
13. Кувшинов Г.Е., Наумов Л.А., Филоженко А.Ю., Чупина К.В. Бесконтактная передача электроэнергии на морской подвижный объект // Научно-техническая конференция: Матер. конф. Технические проблемы освоения мирового океана. – Владивосток: Дальнаука, 2007. – С. 141-146.
14. 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.
15. Герасимов В.А., Красковский М.В., Филоженко А.Ю. Повышение эффективности системы бесконтактного заряда аккумуляторных батарей автономного необитаемого подводного аппарата // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2017. – № 1-2 (186-187). – С. 108-118.
16. 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.
17. ANSYS Maxwell – Low Frequency Electromagnetic Field Simulation // ANSYS. – URL: http://www.ansys.com/Products/Electronics/ANSYS-Maxwell (дата обращения: 12.02.2018).
18. Герасимов В.А., Красковский М.В., Филоженко А.Ю., Чепурин П.И. Обеспечение передачи заданной мощности в системе бесконтактного заряда аккумуляторных батарей подводного аппарата // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2017. –Т. 17, № 4.
– С. 48-58.
19. 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. – № 2/14. – С. 28-34.
20. Герасимов В.А., Филоженко А.Ю., Чепурин П.И. Управление ключами автономного инвертора и защита от перенапряжений // Материалы девятой всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления». – Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2014. – С. 300-314.

Comments are closed.