Зарядное устройство с индуктивной связью для подводного робота.

ВВЕДЕНИЕ 4
1. Техническая часть. Обоснование обеспечения условий ТЗ 5
1.1 Анализ патентов по существующим техническим решениям 6
1.2 Наличие ферромагнитного сердечника 8
1.3 Обеспечение единой оси половин сердечника 9
1.4 Описание структурной схемы преобразователя 10
2. Расчет функциональных узлов преобразователя 11
2.1 Определение технических требований 12
2.2 Расчет действующих значений напряжения в цепях постоянного тока преобразователя 13
2.3 Расчет трансформатора 14
2.4 Расчет однофазного мостового неуправляемого выпрямителя 23
2.5 Расчет однотактного преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение 25
2.6 Расчет сетевого трехфазного мостового выпрямителя 39
2.7 Расчет емкостного фильтра С1 41
2.8 Расчет однофазного мостового инвертора напряжения 43
3. Оценка коэффициента полезного действия преобразователя 48
4. Тепловой расчет 49
4.1 Расчет для транзистора VT5 50
4.2 Расчет охлаждения для транзисторов VT11 – VT14 52
5. Система управления 54
5.1 Система управления инвертором 55
5.2 Система управления транзистором VT5 58
6. Расчет массы преобразователя 60
7. Построение модели трансформатора с немагнитным зазором 62
7.1 Условия моделирования 64
7.2 Результаты моделирования 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 69

Весь текст будет доступен после покупки

В развитии современной морской технике всё большее внимание уделяется необитаемым подводным аппаратам. Основной особенностью этих аппаратов является возможность выполнения поставленных задач в агрессивной морской среде, при любых глубинах и во всех широтных регионах.
Необитаемый подводный аппарат (НПА) – плавучий объект, представляющий из себя подводного робота, который может быть, как управляем оператором на борту судна, так и быть автономным.
Основные задачи, решающиеся при помощи НПА:
1) Обзорно – поисковые работы: инспекция подводных сооружений и коммуникаций, поиск и обследование затонувших объектов.
2) Геологоразведочные работы: топографическая, фото – и видеосъемка морского дна, акустическое профилирование, картографирование рельефа.
3) Подлёдные работы: обслуживание систем освещения, прокладка кабеля и трубопроводов.
4) Океанографические исследования.
5) Экологический мониторинг.
6) Работы военного назначения: патрулирование, противоминная оборона, разведка.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Техническая часть. Обоснование обеспечения условий ТЗ
Исходя из назначения проектируемого устройства и специфики его области применения, разберем основные критерии, согласно которым будет вестись последующая разработка.
К основным критериям разработки преобразователя стоит отнести надежность к внешним воздействиям.
Так же для повышения надёжности преобразователя обеспечим:
1) Поддержание необходимых тепловых режимов работы элементов и узлов преобразователя.
2) Ремонтопригодность изделия, используя функционально-узловой метод конструирования.
На первом этапе конструирования произведем анализ научно-технической литературы и документации по существующим техническим решениям преобразователя напряжения для заряда аккумуляторных батарей подводных аппаратов.
1.1 Анализ патентов по существующим техническим решениям
В таблице 1 приведен патентный анализ устройств для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект.
Таблица 1 – Анализ патентов
Название и номер патента Автор (ы) Задачи, на решение которых направлено изобретение
Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта.
RU 2401496C1 Кувшинов Геннадий Евграфович (RU), Копылов Виталий Викторович (RU), Наумов Леонид Анатольевич (RU), Филоженко Алексей Юрьевич (RU), Усольцев Валерий Константинович (RU) Улучшение качественных показателей работы устройства для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта от судовой сети переменного тока: проведение операции заряда аккумуляторной батареи подводного объекта бесконтактным способом, не вскрывая прочный корпус подводного объекта, и даже без его подъема на судно, при нахождении подводного объекта на глубине.









Продолжение таблицы 1
Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект (варианты).
RU 2502170C1
Кувшинов Геннадий Евграфович (RU), Копылов Виталий Викторович (RU), Герасимов Владимир Александрович (RU), Наумов Леонид Анатольевич (RU), Филоженко Алексей Юрьевич (RU), Чепурин Павел Игоревич (RU) Улучшение технико-экономических показателей устройства для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект, путем: увеличения коэффициента связи между обмотками трансформатора повышенной частоты (снижаются размеры этих обмоток, длина и масса их обмоточных проводов и потери мощности в них).
Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный аппарат
RU 2648231C1
Герасимов Владимир Александрович (RU)
Филоженко Алексей Юрьевич (RU)
Красковский Михаил Владимирович (RU) Увеличение передаваемой мощности от первичной к вторичной обмотке трансформатора устройства для бесконтактной передачи электроэнергии и, соответственно, сокращение времени заряда аккумуляторных батарей подводного аппарата за счет уменьшения расстояния между обмотками трансформатора при сохранении условий обтекаемости подводного аппарата.

В связи с индивидуальными параметрами разрабатываемого преобразователя для заряда аккумуляторной батареи, абсолютных аналогов, совпадающих с ними по большинству показателей, в патентной базе не обнаружено.

1.2 Наличие ферромагнитного сердечника
У трансформаторов зарядного устройства выполненных без ферромагнитного сердечника коэффициент связи между обмотками значительно снижен, по сравнению с трансформаторами, снабженными магнитными сердечниками. В связи с этим воздушные трансформаторы имеют следующие недостатки:
1) Увеличиваются размеры обмоток, длина и масса их обмоточных проводов и потери мощности в них.
2) Из – за отсутствия магнитного сердечника, магнитные потоки, сцепленные с обмотками трансформатора, распространяются в окружающем обмотки пространстве на значительное расстояние. При этом ухудшается электромагнитная совместимость трансформатора и других элементов, входящих в состав блока инвертора, блока выпрямителя и других компонентов подводного объекта. Вызванные указанными магнитными потоками вихревые токи в металлических изделиях, например, в корпусах блоков устройства и подводного объекта, в радиаторах охлаждения силовых полупроводниковых приборов и в других элементах дополнительно нагревают эти изделия. Наличие указанных вихревых токов приводит к добавочным потерям мощности в трансформаторе, что снижает коэффициент полезного действия устройства для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект.
3) При малой суммарной нагрузке потребителей электроэнергии подводного объекта, когда однофазный мостовой неуправляемый выпрямитель тока работает в режиме прерывистых токов, эти потребители получают электроэнергию низкого качества: в выходном напряжении устройства имеются чрезмерные пульсации.
Для улучшения магнитной связи обмоток трансформатора и повышения энергетических показателей зарядного устройства целесообразно выполнять трансформатор с ферромагнитным сердечником.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Агеев М. Д., Киселев Л. В., Матвиенко Ю. В. Автономные подводные роботы: системы и технологии / отв. ред. Киселев Л. В. — М.: Наука, 2005. — 398 с.
2. А. А. Мартынов. Проектирование импульсных полупроводниковых преобразователей постоянного напряжения в постоянное напряжение. Учебное пособие. СПБГУАП, 2011 г.
3. А. А. Мартынов. Силовая электроника. Ч. I: Выпрямители и регуляторы переменного напряжения. Учебное пособие. СПБГУАП, 2011 г.
4. А. А. Мартынов. Силовая электроника. Ч. II: Инверторы и преобразователи частот. Учебное пособие СПБГУАП, 2012 г.
5. А. А. Мартынов. Проектирование вторичных источников питания. Проектирование ВИП с выходом на постоянном токе. Учебное пособие СПБГУАП 2000 г.
6. А. А. Мартынов. Трансформатор для вторичных источников питания. Учебное пособие СПБГУАП 2001 г.
7. Мартынов А.А., Самсыгин В.К., Соколов Д.В., Коковинов А.А., Никулкин К.А. Исследование устройства для беспроводной передачи электрической энергии на необитаемый подводный аппарат. Труды Крыловского государственного научного центра. 2017; 2(380): 92–100.
8. Кувшинов Г.Е., Копылов В.В., Герасимов В.А., Наумов Л.А., Филоженко А.Ю., Чепурин П.Ю. Патент RU 2502170. Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект. Дата приоритета 03.03.2012, опубликован 20.12. 2013.
9. Русин Ю.С. Трансформаторы звуковой и ультразвуковой частоты. Л., «Энергия», 1973. 152с.

Весь текст будет доступен после покупки