ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПЕРЕДАЧИ ЗАДАННОЙ МОЩНОСТИ В СИСТЕМЕ БЕСКОНТАКТНОГО ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ ПОДВОДНОГО АППАРАТА

В.А. Герасимов; М.В. Красковский; А.Ю. Филоженко; П.И. Чепурин

doi:10.14529/power170406

Авторы

В.А. Герасимов Институт проблем морских технологий
М.В. Красковский Институт проблем морских технологий
А.Ю. Филоженко Институт проблем морских технологий
П.И. Чепурин Институт проблем морских технологий

DOI:

https://doi.org/10.14529/power170406

Ключевые слова:

подводный аппарат, система бесконтактного заряда, высокочастотный силовой трансформатор, индуктивность, коэффициент магнитной связи, математическое моделирование, натурный эксперимент, конструктивные параметры.

Аннотация

Объектом исследования в работе является высокочастотный силовой трансформатор с разделяющимися первичной и вторичной частями, который входит в состав системы бесконтактной передачи
электроэнергии на автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА) для зарядки его аккумуляторных батарей. В качестве задачи исследования поставлено обоснование и разработка методики расчета
конструктивных параметров трансформатора, отвечающих поставленным требованиям по передаваемой
мощности при заданных условиях эксплуатации.
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 объекта. 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 базе.
Выполненные исследования позволили предложить методику расчета основных конструктивных
параметров трансформаторов при исходных данных в виде сочетания заданных электрических характеристик и предъявляемых ограничений по точности стыковки контактных поверхностей частей трансформатора. Экспериментальные натурные исследования выбранных конструктивов трансформаторов,
аналогичных принятым при моделировании, убедительно подтверждают достоверность приведенных
результатов.
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

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Библиографические ссылки

Valtchev, S.S. Electromagnetic Field as the Wireless Transporter of Energy / S.S. Valtchev, E.N. Baikova, L.R. Jorge // Facta Universitatis, Ser: Elec. Energ. – 2012. – Vol. 25, no. 3. – December 2012. – P. 171–181. DOI: 10.2298/FUEE1203171V

Reviews of Power Systems and Environmental Energy Conversion for Unmanned Underwater Vehicles / Wang X., Shang J., Luo Z. et al. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2012. – Vol. 16, iss. 4. – P. 1958–1970. DOI: 10.1016/j.rser.2011.12.016

Илларионов, Г.Ю. Угроза из глубины: XXI век / Г.Ю. Илларионов, К.С. Сиденко, Л.Ю. Бочаров. – Хабаровск: КГУП «Хабаровская краевая типография», 2011. – 304 с.

McGinnis, T. Inductive Power System for Autonomous Underwater Vehicles / T. McGinnis, C.P. Henze, K. Conroy // OCEANS. – 2007. – 1–5. – P. 736–740. DOI: 10.1109/OCEANS.2007.4449219

Li-yan, Q. Research on Design of Plate-type Electromagnetic Coupler in Underwater Inductive Power Transmission / Q. Li-yan // MATEC Web of Conferences. – 2015. – Vol. 31. – 5 p. DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/20153108004

Saishenagha, D. Wireless Charging System Using High Power, High Frequency Magnetic Interface for Underwater Electric Vehicles / D. Saishenagha, M. Devika // ARPN Journal of Engineering andApplied Sciences. – 2016. – Vol. 11. – P. 6977–6981.

Automatic Wireless Power Supply System to Autonomous Underwater Vehicles by Means of Electromagnetic Coupler / S. Wang, B. Song, G. Duan, X. Du // J. Shanghai Jiaotong Univ. (Sci.). – 2014. – Vol. 19 (1). – P. 110–114. DOI: 10.1007/s12204-014-1478-6

Shi, J. Design and Analysis of an Underwater Inductive Coupling Power Transfer System for Autonomous Underwater Vehicle Docking Applications / J. Shi, D. Li, C. Yang // Journal of Zhejiang University SCIENCE С (Computers & Electronics). – 2014. – Vol. 15 (1). – P. 51–62. DOI: 10.1631/jzus.C1300171

The Development and Ocean Testing of an AUV Docking Station for a 21” AUV / B. Hobson, R. McEwen, J. Erickson et al. // IEEE Xplore. – 7 p. DOI: 10.1109/OCEANS.2007.4449318.

Исследование устройства для беспроводной передачи электрической энергии на необитаемый подводный аппарат / А.А. Мартынов, В.К. Самсыгин, Д.В. Соколов и др. // Труды Крыловского государственного научного центра. – 2017. – № 2 (380). – С. 92–100. DOI: 10.24937/2542-2324-2017-2-380-92-100

The Use of Resonance for Current Downloading of the Transistor Keys of the Inverter / M.V. Kraskovskiy, V.A. Gerasimov, G.E. Kuvshinov, A.Y. Filozhenko // International Journal of Control Theory and Applications. – 2016. – Vol. 9, iss. 30. – P. 305–311.

Донные причальные устройства для автономных необитаемых подводных аппаратов / Г.Ю. Илларионов, А.Ф. Щербатюк, А.А. Кушнерик и др. // Двойные технологии. – 2011. – № 1. – С. 13–21.

Design Considerations for Electromagnetic Couplers in Contactless Power Transmission Systems for Deep-sea Applications / Ze-song Li, De-jun Li, Lin Lin, Ying Chen // Journal of Zhejiang University SCIENCE С (Computers & Electronics). – 2010. Vol. 11 (10). – P. 824–834. DOI: 10.1631/jzus.C09107

Электротехника. В 3 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.

Калантаров, П.Л. Расчёт индуктивностей: справ. кн. / П.Л. Калантаров, Л.А. Цейтлин. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 488 с.

Немцов, М.В. Справочник по расчёту катушек индуктивности / М.В. Немцов, Ю.М. Шамаев. – М.: Энергоиздат, 1989. – 192 с.

ANSYS Maxwell – Low Frequency Electromagnetic Field Simulation. ANSYS. – http://www.ansys.com/ Products/Electronics/ANSYS-Maxwell (дата обращения: 31.08.2017).

User’s Guide – Maxwell 3D ver. 15. ANSYS. – www.mae.ncsu.edu/buckner/courses/mae535/ Maxwell3D.pdf (дата обращения: 31.08.2017).

Antenna Modeling for Inductive RFID Applications Using the Partial Element Equivalent Circuit Method / P. Scholz, W. Ackermann, T. Weiland, C. Reinhold // IEEE Trans. Magn. – 2010. – Vol. 46, no. 8. – P. 2967–2970. DOI: 10.1109/TMAG.2010.2043824

Герасимов, В.А. Управление ключами автономного инвертора и защита от перенапряжений / В.А. Герасимов, А.Ю. Филоженко, П.И. Чепурин // Материалы девятой всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления». – Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2014. – С. 300–314