RU2564199C1 - Device for contactless transmission of electric power to underwater object - Google Patents
Device for contactless transmission of electric power to underwater object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2564199C1 RU2564199C1 RU2014123766/02A RU2014123766A RU2564199C1 RU 2564199 C1 RU2564199 C1 RU 2564199C1 RU 2014123766/02 A RU2014123766/02 A RU 2014123766/02A RU 2014123766 A RU2014123766 A RU 2014123766A RU 2564199 C1 RU2564199 C1 RU 2564199C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transformer
- primary
- inverter
- underwater object
- rectifier
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для бесконтактной передачи на подводный объект электрической энергии, которая, в частности, применяется для зарядки электрической аккумуляторной батареи, установленной на этом подводном объекте.The invention relates to electrical engineering, in particular to devices for contactless transmission of electric energy to an underwater object, which, in particular, is used to charge an electric battery installed on this underwater object.
Известно устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект (Патент RU 2401496, МПК H02J 7/00, «Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта», авторы Кувшинов Г.Е., Копылов В.В., Филоженко А.Ю., Наумов Л.А., дата приоритета 25.06.2009, опуб. 10.10.2010. Бюл. №28).A device for the contactless transmission of electricity to an underwater object (Patent RU 2401496, IPC
Известное устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект состоит из опускаемого под воду блока инвертора и размещенного на подводном объекте блока выпрямителя. В блок инвертора входит однофазный автономный инвертор напряжения повышенной частоты с блоком управления этим инвертором. К входным зажимам инвертора подключены входной конденсатор и концы кабеля, соединяющего указанный инвертор с управляемым источником постоянного тока. Выходные зажимы упомянутого инвертора подключены к первичной обмотке трансформатора повышенной частоты, передающего электроэнергию переменного тока во вторичную обмотку этого трансформатора, размещенную вместе с однофазным мостовым неуправляемым выпрямителем тока и сглаживающим реактором в блоке выпрямителя. Эта вторичная обмотка подключена к входным зажимам упомянутого выпрямителя. Блоки инвертора и выпрямителя снабжены выполненными из изоляционного материала стыковочными стенками, контактные поверхности которых при передаче электрической энергии на подводный объект плотно стыкуются одна к другой. Ко вторым, противоположным контактным, поверхностям этих стенок плотно прилегают в блоке инвертора торец первичной обмотки трансформатора повышенной частоты и в блоке выпрямителя торец вторичной обмотки этого трансформатора.A known device for contactless transmission of electricity to an underwater object consists of an inverter block lowered under water and a rectifier block located on the underwater object. The inverter unit includes a single-phase autonomous inverter of increased frequency voltage with a control unit for this inverter. The input capacitor and the ends of the cable connecting the specified inverter with a controlled DC source are connected to the input terminals of the inverter. The output terminals of the said inverter are connected to the primary winding of a high frequency transformer that transfers alternating current electricity to the secondary winding of this transformer, which is placed together with a single-phase uncontrolled bridge rectifier and a smoothing reactor in the rectifier unit. This secondary winding is connected to the input terminals of said rectifier. The inverter and rectifier blocks are provided with docking walls made of insulating material, the contact surfaces of which are tightly joined to each other when transmitting electric energy to the underwater object. The ends of the primary windings of the transformer of high frequency and in the rectifier block end faces the ends of the secondary windings of this transformer tightly fit to the second opposite contact surfaces of these walls.
Указанные стыковочные стенки расположены так, что обе обмотки трансформатора имеют общую ось.Said connecting walls are arranged so that both transformer windings have a common axis.
Недостатки устройства обусловлены тем, что из-за отсутствия магнитного сердечника трансформатор имеет низкий коэффициент магнитной связи между первичной и вторичной обмотками, что приводит к необходимости создавать повышенный ток намагничивания в первичной обмотке для осуществления бесконтактной передачи заданного значения электрической мощности. Это вызывает добавочные потери в трансформаторе, повышенный нагрев первичной обмотки и необходимость ограничения передаваемой электрической мощности из условия допустимого нагрева провода обмотки, что приводит к уменьшению зарядного тока аккумулятора и, как следствие, увеличению времени зарядки аккумулятора. Из-за размещения первичной обмотки трансформатора в блоке инвертора затруднена передача тепла от провода обмотки в окружающую среду. Это также приводит к необходимости ограничения передаваемой электрической мощности и соответствует увеличению времени зарядки аккумулятора.The disadvantages of the device are due to the fact that, due to the absence of a magnetic core, the transformer has a low coefficient of magnetic coupling between the primary and secondary windings, which leads to the need to create an increased magnetization current in the primary winding for contactless transmission of a given value of electric power. This causes additional losses in the transformer, increased heating of the primary winding and the need to limit the transmitted electric power from the condition of permissible heating of the winding wire, which leads to a decrease in the charging current of the battery and, as a consequence, an increase in the charging time of the battery. Due to the placement of the transformer primary winding in the inverter unit, it is difficult to transfer heat from the winding wire to the environment. This also leads to the need to limit the transmitted electric power and corresponds to an increase in battery charging time.
Известно устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект, наиболее близкое по технической сущности к заявляемому устройству [Патент RU 2502170, МПК H02J 3/18, «Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект (варианты)», авторы Кувшинов Т.Е., Копылов В.В., Герасимов В.А., Наумов Л.А., Филоженко А.Ю., Чепурин П.И., дата приоритета 03.05.2012, опуб. 20.12.2013. Бюл. №35 (прототип - второй вариант)].A device for contactless transmission of electricity to an underwater object that is closest in technical essence to the claimed device [Patent RU 2502170, IPC
Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии состоит из опускаемого на глубину погружения подводного объекта блока инвертора и расположенного на подводном объекте блока выпрямителя. В блок инвертора помещен однофазный автономный инвертор напряжения повышенной частоты с блоком управления этим инвертором. Входные зажимы инвертора, к которым подключен входной конденсатор, через кабель соединены с выходными зажимами управляемого источника напряжения. Выходные зажимы инвертора подключены к зажимам первичной обмотки трансформатора повышенной частоты. Первичная обмотка трансформатора снабжена магнитным экраном, выполняющим вместе с магнитным экраном вторичной обмотки трансформатора функцию магнитопровода этого трансформатора. Каждый магнитный экран состоит из чашечного сердечника и соосного с ним цилиндрического стержня, помещенного внутрь чашечного сердечника. Вторичная обмотка трансформатора, а также однофазный мостовой неуправляемый выпрямитель, сглаживающий реактор и выходной конденсатор размещены в блоке выпрямителя. Обмотки трансформатора имеют максимальную магнитную связь, когда оси обмоток совпадают, а торцы обмоток находятся на минимальном расстоянии друг от друга. Выходные зажимы вторичной обмотки подключены к входным зажимам выпрямителя. Один из выходных зажимов выпрямителя подключен к первому из выходных зажимов устройства через сглаживающий реактор. Второй выходной зажим выпрямителя подключен ко второму из выходных зажимов устройства непосредственно. Выходные зажимы устройства соединены с аккумулятором подводного объекта.A device for non-contact transmission of electricity consists of an inverter block lowered to a depth of immersion and an rectifier block located on the underwater object. A single-phase autonomous high-frequency voltage inverter with a control unit for this inverter is placed in the inverter block. The input terminals of the inverter, to which the input capacitor is connected, are connected through a cable to the output terminals of the controlled voltage source. The inverter output terminals are connected to the primary terminals of the high frequency transformer. The primary winding of the transformer is equipped with a magnetic screen, which, together with the magnetic screen of the secondary winding of the transformer, functions as the magnetic circuit of this transformer. Each magnetic screen consists of a cup core and a coaxial cylindrical rod placed inside the cup core. The secondary winding of the transformer, as well as a single-phase bridge uncontrolled rectifier, a smoothing reactor and an output capacitor are located in the rectifier block. The transformer windings have the maximum magnetic coupling when the axis of the windings coincide, and the ends of the windings are at a minimum distance from each other. The output terminals of the secondary winding are connected to the input terminals of the rectifier. One of the output terminals of the rectifier is connected to the first of the output terminals of the device through a smoothing reactor. The second output terminal of the rectifier is connected directly to the second of the output terminals of the device. The output terminals of the device are connected to the battery of the underwater object.
Применение у прототипа трансформатора повышенной частоты с магнитопроводом приводит к увеличению магнитной связи между обмотками, что повышает эффективность бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект. Вместе с тем в процессе передачи электроэнергии между первичной и вторичной обмотками трансформатора остается некоторый конструктивный зазор, определяемый толщиной стыковочных стенок. Указанный зазор обусловливает снижение коэффициента магнитной связи между обмотками и требует для бесконтактной передачи на подводный объект заданного значения электрической мощности создания в первичной обмотке увеличенного намагничивающего тока, что приводит к повышенному нагреву провода первичной обмотки.The use of a prototype of an increased frequency transformer with a magnetic circuit in the prototype leads to an increase in the magnetic coupling between the windings, which increases the efficiency of contactless transmission of electricity to an underwater object. At the same time, in the process of electric power transmission between the primary and secondary windings of the transformer, a certain structural gap remains, determined by the thickness of the connecting walls. The specified gap causes a decrease in the magnetic coupling coefficient between the windings and requires for a contactless transmission to the underwater object a predetermined electric power to create an increased magnetizing current in the primary winding, which leads to increased heating of the primary winding wire.
Первый недостаток известного устройства для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект (прототипа) обусловлен тем, что при размещении первичной обмотки трансформатора в блоке инвертора происходит взаимный нагрев этой обмотки и тепловыделяющих элементов инвертора, а также затрудняется отвод и рассеивание тепла от обмотки в окружающую среду. Это обстоятельство вызывает необходимость ограничения передаваемой электрической мощности из условия допустимого нагрева провода обмотки, что приводит к уменьшению зарядного тока аккумулятора и, как следствие, увеличению времени зарядки аккумулятора. Размещение вторичной обмотки в блоке выпрямителя также затрудняет отвод и рассеивание выделяющегося в ней тепла в окружающую среду.The first disadvantage of the known device for the non-contact transmission of electricity to an underwater object (prototype) is due to the fact that when the transformer primary winding is placed in the inverter unit, this winding and the inverter fuel elements are mutually heated, and it is also difficult to remove and dissipate heat from the winding into the environment. This circumstance makes it necessary to limit the transmitted electric power from the condition of permissible heating of the winding wire, which leads to a decrease in the charging current of the battery and, as a consequence, to an increase in the charging time of the battery. Placing the secondary winding in the rectifier unit also makes it difficult to remove and dissipate the heat generated in it into the environment.
Второй недостаток прототипа определяется тем, что при стыковке контактных поверхностей блоков инвертора и выпрямителя под водой для осуществления процесса бесконтактной передачи электроэнергии по объективным причинам затруднен контроль над процессом указанной стыковки, вследствие чего контактные поверхности могут быть неплотно прижаты одна к другой, а обмотки трансформатора повышенной частоты могут оказаться не соосны. По этой причине коэффициент магнитной связи между обмотками трансформатора снижается, что также приводит к уменьшению передаваемой мощности от первичной к вторичной обмотке, сопровождается снижением значения вторичного тока трансформатора и соответственно увеличением времени заряда аккумуляторных батарей на подводном объекте.The second disadvantage of the prototype is determined by the fact that when docking the contact surfaces of the inverter and rectifier blocks under water for the process of non-contact transmission of electricity for objective reasons, control over the process of said docking is difficult, as a result of which the contact surfaces can be loosely pressed against one another, and the transformer windings of increased frequency may not be aligned. For this reason, the magnetic coupling coefficient between the transformer windings is reduced, which also leads to a decrease in the transmitted power from the primary to the secondary winding, accompanied by a decrease in the secondary current of the transformer and, accordingly, an increase in the charge time of the batteries at the underwater object.
В основу заявляемого изобретения поставлена задача исключить указанные недостатки, т.е. уменьшить нагрев и увеличить токовую нагрузку на провод трансформатора, за счет чего повысить эффективность передачи электроэнергии на подводный объект и уменьшить время заряда его аккумуляторных батарей.The basis of the claimed invention is tasked to eliminate these disadvantages, i.e. reduce heating and increase the current load on the transformer wire, thereby increasing the efficiency of electric power transmission to the underwater object and reducing the charge time of its batteries.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект, состоящем из трансформатора повышенной частоты с первичной и вторичной обмотками, блока инвертора, содержащем однофазный автономный инвертор напряжения повышенной частоты с блоком управления этим инвертором и опускаемым под воду на глубину погружения подводного объекта, и размещенного на подводном объекте блока выпрямителя, который содержит однофазный мостовой неуправляемый выпрямитель тока, сглаживающий реактор и выходной конденсатор, причем первый из выходных зажимов этого выпрямителя соединен с первым выходным зажимом устройства через сглаживающий реактор, а второй выходной зажим выпрямителя соединен со вторым выходным зажимом устройства непосредственно, к выходным зажимам устройства подключен также выходной конденсатор, при этом к входным зажимам указанного инвертора подключены входной конденсатор и концы кабеля, соединяющего этот инвертор с управляемым источником напряжения постоянного тока, который находится на судне или на берегу, а к первому и второму выходным зажимам устройства подключены потребители электроэнергии подводного объекта, первичная и вторичная обмотки трансформатора повышенной частоты снабжены магнитными экранами, выполненными из непроводящего материала с высокой магнитной проницаемостью и по одному прилегающими к торцам первичной и вторичной обмоток трансформатора, при этом первичная обмотка трансформатора подсоединена к выходным зажимам инвертора, а вторичная обмотка этого трансформатора подсоединена к входным зажимам выпрямителя, дополнительно введены первый и второй корпуса для размещения в них первичной и вторичной обмоток трансформатора отдельно вне блоков инвертора и выпрямителя, корпус первичной обмотки трансформатора допускает опускание его на глубину погружения подводного объекта, а вторичная обмотка трансформатора в своем корпусе размещена на подводном объекте, указанные корпуса имеют стыковочные стенки из изоляционного материала, плоские контактные поверхности которых при передаче электрической энергии на подводный объект плотно прилегают одна к другой, а ко вторым, противоположным контактным, поверхностям этих стенок плотно прилегают в корпусе первичной обмотки торец первичной обмотки трансформатора повышенной частоты, а в корпусе вторичной обмотки - торец вторичной обмотки этого трансформатора, при передаче электрической энергии корпуса расположены так, что обе обмотки трансформатора имеют общую ось, а стенки корпусов первичной и вторичной обмоток, противоположные стыковочным стенкам этих корпусов, за соответствующими магнитными экранами, плотно прилегающие к этим магнитным экранам, выполнены из теплопроводящего материала с развитой теплоотводящей поверхностью.This object is achieved in that in a device for contactless transmission of electricity to an underwater object, consisting of a high-frequency transformer with primary and secondary windings, an inverter unit containing a single-phase autonomous high-frequency voltage inverter with a control unit for this inverter and lowered under water to a depth of immersion of the underwater object, and placed on the underwater object of the rectifier block, which contains a single-phase bridge uncontrolled rectifier, smoothing the reactor and an output capacitor, the first of the output terminals of this rectifier is connected to the first output terminal of the device through a smoothing reactor, and the second output terminal of the rectifier is connected to the second output terminal of the device directly, the output capacitor is also connected to the output terminals of the device, while the input terminals of the specified inverter are connected the input capacitor and the ends of the cable connecting this inverter to a controlled DC voltage source, which is located on the ship or on the shore, and to The first and second output terminals of the device are connected to consumers of electric energy of an underwater object, the primary and secondary windings of a high-frequency transformer are equipped with magnetic screens made of non-conductive material with high magnetic permeability and one adjacent to the ends of the primary and secondary windings of the transformer, while the primary winding of the transformer is connected to output terminals of the inverter, and the secondary winding of this transformer is connected to the input terminals of the rectifier, additional The first and second cases have been introduced to accommodate the primary and secondary windings of the transformer in them separately outside the inverter and rectifier blocks, the primary winding of the transformer can be lowered to the immersion depth of the underwater object, and the secondary winding of the transformer in its case is located on the underwater object, these cases have connecting walls made of insulating material, the flat contact surfaces of which, when transmitting electric energy to the underwater object, are tightly adjacent to one another, and the second, opposite contact, surfaces of these walls fit snugly in the primary winding body at the end of the primary winding of the transformer of increased frequency, and in the secondary winding housing - at the end of the secondary winding of this transformer, when transmitting electrical energy to the case, they are located so that both transformer windings have a common axis, and the walls of the cases of the primary and secondary windings, opposite the docking walls of these cases, behind the corresponding magnetic screens, tightly adjacent to these magnetic screens, Execute from heat-conducting material with a developed surface of the heat sink.
Поставленная задача достигается также тем, что корпуса первичной и вторичной обмоток трансформатора закреплены на несущих конструкциях посредством самоцентрующихся стыковочных узлов.The task is also achieved by the fact that the housing of the primary and secondary windings of the transformer are fixed to the supporting structures by means of self-centering docking nodes.
В заявленном устройстве для бесконтактной передачи электрической энергии на подводный объект общими существенными признаками для него и для его прототипа являются:In the claimed device for contactless transmission of electrical energy to an underwater object, the common essential features for him and for his prototype are:
- трансформатор повышенной частоты с первичной и вторичной обмотками, содержащими магнитные экраны;- high frequency transformer with primary and secondary windings containing magnetic screens;
- блок инвертора и блок выпрямителя;- inverter unit and rectifier unit;
- блок инвертора содержит однофазный автономный инвертор напряжения повышенной частоты с блоком управления этим инвертором и допускает опускание его под воду на глубину погружения подводного объекта;- the inverter unit contains a single-phase autonomous voltage inverter of increased frequency with a control unit for this inverter and allows it to be lowered under water to a depth of immersion of an underwater object;
- к входным зажимам инвертора подключены входной конденсатор и концы кабеля, соединяющие инвертор с управляемым источником напряжения постоянного тока;- an input capacitor and cable ends connecting the inverter to a controlled DC voltage source are connected to the input terminals of the inverter;
- к выходным зажимам инвертора подключена первичная обмотка трансформатора повышенной частоты;- the primary winding of the transformer of increased frequency is connected to the output terminals of the inverter;
- блок выпрямителя размещен на подводном объекте и содержит однофазный мостовой неуправляемый выпрямитель тока, сглаживающий реактор и выходной конденсатор;- the rectifier unit is located on the underwater object and contains a single-phase bridge uncontrolled rectifier, smoothing reactor and output capacitor;
- к входным зажимам выпрямителя подключена вторичная обмотка трансформатора повышенной частоты;- the secondary winding of the transformer of increased frequency is connected to the input terminals of the rectifier;
- первый из выходных зажимов выпрямителя соединен с первым выходным зажимом устройства через сглаживающий реактор, а второй выходной зажим выпрямителя соединен со вторым выходным зажимом устройства непосредственно, к выходным зажимам устройства подключен также выходной конденсатор;- the first of the output terminals of the rectifier is connected to the first output terminal of the device through a smoothing reactor, and the second output terminal of the rectifier is connected to the second output terminal of the device directly, the output capacitor is also connected to the output terminals of the device;
- торцы первичной и вторичной обмоток трансформатора прилегают к плоским стыковочным стенкам, контактные поверхности которых прилегают друг к другу в режиме бесконтактной передачи электроэнергии;- the ends of the primary and secondary windings of the transformer are adjacent to the flat docking walls, the contact surfaces of which are adjacent to each other in the contactless transmission of electricity;
- ко вторым, противоположным первым, торцам обмоток плотно прилегают магнитные экраны в виде чашечных магнитопроводов;- magnetic screens in the form of cup magnetic conductors are tightly adjacent to the second, opposite to the first, ends of the windings;
- в режиме бесконтактной передачи электроэнергии магнитные экраны образуют для трансформатора магнитопровод броневого типа с немагнитным зазором.- in the contactless transmission of electricity, the magnetic screens form an armored-type magnetic circuit for the transformer with a non-magnetic gap.
Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного устройства для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект и его прототипа показывает, что первый в отличие от прототипа имеет следующие отличительные признаки:A comparative analysis of the essential features of the claimed device for contactless transmission of electricity to an underwater object and its prototype shows that the first, unlike the prototype, has the following distinctive features:
- в устройство введены корпуса для размещения в них первичной и вторичной обмоток трансформатора отдельно вне блоков инвертора и выпрямителя;- housings are introduced into the device to accommodate the primary and secondary windings of the transformer separately outside the inverter and rectifier blocks;
- указанные корпуса имеют стыковочные стенки из изоляционного материала, плоские контактные поверхности которых при передаче электрической энергии на подводный объект плотно прилегают одна к другой, а ко вторым, противоположным контактным, поверхностям этих стенок плотно прилегают в корпусе первичной обмотки торец первичной обмотки трансформатора повышенной частоты, а в корпусе вторичной обмотки - торец вторичной обмотки этого трансформатора;- said enclosures have docking walls made of insulating material, the flat contact surfaces of which are tightly adjacent to each other when transferring electric energy to the underwater object, and the end of the primary winding of the transformer of high frequency transformer is tightly adjacent to the second, opposite contact, surfaces of these walls, and in the secondary winding casing - the end face of the secondary winding of this transformer;
- при передаче электрической энергии указанные корпуса расположены так, что обе обмотки трансформатора имеют общую ось, а стенки корпусов первичной и вторичной обмоток, противоположные стыковочным стенкам упомянутых корпусов (за соответствующими магнитными экранами, плотно прилегающие к этим магнитным экранам), выполнены из теплопроводящего материала с развитой теплоотводящей поверхностью;- when transmitting electrical energy, these cases are located so that both transformer windings have a common axis, and the walls of the primary and secondary windings, opposite to the docking walls of the said housings (behind the corresponding magnetic screens, tightly adjacent to these magnetic screens), are made of heat-conducting material with developed heat sink surface;
- корпуса первичной и вторичной обмоток трансформатора закреплены на несущих конструкциях посредством самоцентрующихся стыковочных узлов.- the cases of the primary and secondary windings of the transformer are fixed to the supporting structures by means of self-centering docking nodes.
Отличительные признаки предлагаемого решения выполняют следующие функциональные задачи для достижения требуемого технического результата.Distinctive features of the proposed solution perform the following functional tasks to achieve the desired technical result.
Признаки: «… в устройство введены корпуса для размещения в них первичной и вторичной обмоток трансформатора отдельно вне блоков инвертора и выпрямителя, … при передаче электрической энергии корпуса расположены так, что обе обмотки трансформатора имеют общую ось, а стенки корпусов первичной и вторичной обмоток, противоположные стыковочным стенкам этих корпусов, за соответствующими магнитными экранами, плотно прилегающие к магнитным экранам, выполнены из теплопроводящего материала с развитой теплоотводящей поверхностью…» позволяют исключить взаимный нагрев обмоток и тепловыделяющих элементов инвертора и выпрямителя, а также увеличить отвод и рассеивание тепла от обмотки в окружающую среду. Эти условия делают возможным увеличение токовых нагрузок на провод обмоток трансформатора и на силовые элементы инвертора и выпрямителя, что позволяет увеличить зарядный ток и, как следствие, сократить время зарядки аккумуляторных батарей на подводном объекте.Signs: “... the housings are introduced into the device for placing the primary and secondary windings of the transformer in them separately outside the inverter and rectifier blocks, ... when transmitting electrical energy, the housings are located so that both transformer windings have a common axis, and the walls of the primary and secondary windings are opposite the connecting walls of these cases, behind the corresponding magnetic screens, tightly adjacent to the magnetic screens, are made of heat-conducting material with a developed heat-removing surface ... "allow Exclude mutual heating coils and heat-generating elements of the inverter and rectifier, as well as increase the removal and dissipation of heat from the coil to the environment. These conditions make it possible to increase the current loads on the wire of the transformer windings and on the power elements of the inverter and rectifier, which allows to increase the charging current and, as a result, reduce the charging time of rechargeable batteries at the underwater object.
Признак «…корпуса первичной и вторичной обмоток закреплены на несущих конструкциях посредством самоцентрующихся стыковочных узлов» способствует повышению точности достижения соосности обмоток и более плотному прижатию контактных поверхностей стыковочных стенок корпусов трансформатора повышенной частоты одна к другой, когда они совмещаются для осуществления процесса бесконтактной передачи электроэнергии. Это увеличивает коэффициент магнитной связи между обмотками трансформатора, что сопровождается увеличением передаваемой мощности, увеличением вторичного тока трансформатора и соответственно уменьшением времени зарядки аккумуляторных батарей на подводном объекте.The sign "... the primary and secondary windings are fixed to the supporting structures by means of self-centering docking units" helps to increase the accuracy of achieving coaxiality of the windings and more tightly press the contact surfaces of the connecting walls of the transformer casings of increased frequency to each other when they are combined to carry out the process of contactless transmission of electricity. This increases the magnetic coupling coefficient between the transformer windings, which is accompanied by an increase in the transmitted power, an increase in the secondary current of the transformer and, accordingly, a decrease in the charging time of the batteries at the underwater object.
На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решение поставленной задачи. Указанные существенные признаки, отличающие заявленное устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект от прототипа, в совокупности с признаками, общими для него и прототипа, обеспечивают достижение заявленного технического результата во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны.Based on the foregoing, we can conclude that the set of essential features of the claimed invention has a causal relationship with the achieved technical result, i.e. due to this combination of essential features of the invention, it became possible to solve the problem. These essential features that distinguish the claimed device for contactless transmission of electricity to the underwater object from the prototype, together with the features common to it and the prototype, ensure the achievement of the claimed technical result in all cases to which the scope of legal protection applies.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект; на фиг. 2 - чертеж высокочастотного трансформатора.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a functional diagram of a device for contactless transmission of electricity to an underwater object; in FIG. 2 is a drawing of a high frequency transformer.
Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии от управляемого источника 1 напряжения постоянного тока, который находится на судне или на берегу, к потребителям 2 электроэнергии подводного объекта 3 состоит из блока 4 инвертора, соединенного с источником 1 кабелем 5 и расположенного на подводном объекте 3 блока 6 выпрямителя. В блоке 4 размещен однофазный автономный инвертор 7 напряжения повышенной частоты с блоком 8 управления этим инвертором. Входные зажимы 9 инвертора 7, к которым подключен входной конденсатор 10, соединены с выходными зажимами 11 управляемого источника 1 напряжения постоянного тока через кабель 5. Выходные зажимы инвертора 7 подключены к зажимам 12 первичной обмотки 13 трансформатора 14 повышенной частоты. Первичная обмотка 13 трансформатора 14 снабжена магнитным экраном 15, выполняющим вместе с магнитным экраном 16 вторичной обмотки 17 трансформатора 14 функцию имеющего немагнитные зазоры магнитопровода броневого типа этого трансформатора. Однофазный мостовой неуправляемый выпрямитель 18, сглаживающий реактор 19 и выходной конденсатор 20 размещены в блоке 6 выпрямителя. Снабженные магнитными экранами 15 и 16 обмотки 13 и 17 образуют трансформатор 14 повышенной частоты, когда оси обмоток совпадают, а торцы обмоток находятся на малом расстоянии друг от друга, как показано на фиг. 2. Магнитные экраны 15 и 16 обеспечивают увеличение взаимной индуктивности M между обмотками 13 и 17. Выходные зажимы 21 вторичной обмотки 17 подключены к входным зажимам выпрямителя 18. Один из выходных зажимов 22 выпрямителя 18 подключен к первому из выходных зажимов 23 устройства через сглаживающий реактор 19. Второй из выходных зажимов 22 выпрямителя 18 подключен ко второму из выходных зажимов 23 непосредственно. С выходными зажимами 23 устройства соединены потребители 2 подводного объекта 3. Магнитные экраны и обмотки высокочастотного трансформатора 14 размещены в отдельных корпусах: первичная обмотка 13 и магнитный экран 15 - в корпусе 24, а вторичная обмотка 17 с магнитным экраном 16 - в корпусе 25.A device for contactless transmission of electricity from a controlled source of
На фиг. 2 дан разрез трансформатора повышенной частоты, который имеет разъединяющиеся первичную и вторичную части. Первичная часть трансформатора повышенной частоты содержит первичную обмотку 13 с магнитопроводом 15, размещенную в корпусе 24. Вторичная часть этого трансформатора содержит вторичную обмотку 17 с магнитопроводом 16, заключенные в корпус 25. Контактные поверхности плоских стыковочных стенок корпусов 24 и 25 прижаты друг к другу, как показано на фиг. 2. Ко вторым, противоположным первым, поверхностям этих стенок плотно прилегают в блоке 24 первый торец первичной обмотки 13 трансформатора и в блоке 25 первый торец вторичной обмотки 17 трансформатора. Магнитные экраны 15 и 16, выполненные из непроводящего материала с высокой магнитной проницаемостью, прижаты ко вторым торцам первичной 13 и вторичной 17 обмоток и охватывают указанные обмотки так, что образуется магнитопровод трансформатора с некоторым немагнитным зазором, минимальное значение которого определяется толщиной плоских стыковочных стенок корпусов трансформатора. Стенки 26 и 27 корпусов блока 24 первичной и блока 25 вторичной частей трансформатора, расположенные за магнитным экраном и противоположные плоским стыковочным стенкам, выполнены из теплопроводящего материала с развитой теплоотводящей поверхностью.In FIG. 2 shows a section of a transformer of increased frequency, which has a disconnecting primary and secondary parts. The primary part of the high-frequency transformer contains a primary winding 13 with a
С помощью самоцентрующихся стыковочных узлов 28 и 29, связывающих корпуса первичной 24 и вторичной 25 частей трансформатора с несущими конструкциями 30 и 31 соответственно, обеспечивается плотное прижатие контактных поверхностей плоских стыковочных стенок указанных корпусов и соосность первичной 13 и вторичной 17 обмоток трансформатора.Using self-centering
Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект работает следующим образом.A device for contactless transmission of electricity to an underwater object operates as follows.
При включении управляемого источника 1 напряжение с его выходных зажимов 11 через кабель 5 поступает на входные зажимы 9 инвертора 7, к которым подключен также сглаживающий конденсатор 10. Алгоритм работы управляемого источника 1 обеспечивает заряд конденсатора 10 с ограничением тока заряда допустимым значением. В режиме автозапуска на выходных зажимах 12 инвертора появляется переменное напряжение высокой частоты, параметры которого определяются настройками блока управления 8 инвертором. Под действием этого напряжения в первичной обмотке 15 трансформатора возникает переменный ток. В режиме передачи электроэнергии производится стыковка контактных поверхностей корпусов 24 и 25 первичной и вторичной частей трансформатора. Благодаря магнитной связи между первичной и вторичной обмотками магнитный поток, вызванный переменным током высокой частоты первичной обмотки, индуцирует переменное напряжение той же частоты во вторичной обмотке. Под действием этого напряжения в нагрузке 2 возникает постоянный ток, который получается из тока вторичной обмотки 17 трансформатора после его выпрямления в блоке выпрямителя 18 и уменьшения пульсаций выпрямленного тока сглаживающим реактором 19 и выходным конденсатором 20.When the controlled
Поскольку трансформатор 14 имеет конструктивный немагнитный зазор (минимальное значение этого зазора равно удвоенной толщине плоских стыковочных стенок) и соответственно пониженный коэффициент магнитной связи между первичной и вторичной обмотками, то это приводит к необходимости создавать увеличенный ток первичной обмотки трансформатора для получения требуемого значения зарядного тока аккумуляторов подводного объекта. Выполнение первичной обмотки в отдельном корпусе вне инвертора исключает взаимный нагрев тепловыделяющих элементов инвертора и первичной обмотки трансформатора, что совместно с наличием стенки корпуса 24 первичной обмотки из теплопередающего материала с развитой теплоотводящей поверхностью способствует хорошему охлаждению первичной обмотки 13 и позволяет создавать увеличенные токовые нагрузки на ее провод. Увеличенный ток первичной обмотки позволяет создавать увеличенный ток вторичной обмотки, что приводит к повышению зарядного тока аккумуляторных батарей подводного объекта и сокращению времени их заряда.Since the
С помощью самоцентрующихся стыковочных узлов 28 и 29, связывающих корпуса первичной 24 и вторичной 25 частей трансформатора с несущими конструкциями 30 и 31 соответственно, обеспечивается плотное прижатие контактных поверхностей плоских стыковочных стенок указанных корпусов и соосность первичной 13 и вторичной 17 обмоток трансформатора. Вследствие этого между обмотками 13 и 17 достигается максимальный коэффициент магнитной связи и максимальный возможный ток во вторичной обмотке без увеличения намагничивающего тока в первичной обмотке, что также способствует повышению зарядного тока и уменьшению времени зарядки аккумуляторных батарей.Using self-centering
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014123766/02A RU2564199C1 (en) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | Device for contactless transmission of electric power to underwater object |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014123766/02A RU2564199C1 (en) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | Device for contactless transmission of electric power to underwater object |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2564199C1 true RU2564199C1 (en) | 2015-09-27 |
Family
ID=54250996
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014123766/02A RU2564199C1 (en) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | Device for contactless transmission of electric power to underwater object |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2564199C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2648231C1 (en) * | 2017-04-26 | 2018-03-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Device for contactless transmission of electric power to underwater vehicle |
RU2744064C1 (en) * | 2020-08-06 | 2021-03-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Device for contactless transmission of electricity and information signals to an underwater vehicle |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2294165A (en) * | 1994-10-11 | 1996-04-17 | Lumonics Ltd | Power supply for providing a dc supply from a multiphase ac source |
RU2058644C1 (en) * | 1994-01-12 | 1996-04-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Surface-ship-to-submerged-apparatus power supply unit |
CN101640119A (en) * | 2009-07-16 | 2010-02-03 | 浙江大学 | Underwater non-contact type separable transformer for electric energy transmission based on butterfly magnetic core |
RU2399140C1 (en) * | 2008-12-22 | 2010-09-10 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИПМТ ДВО РАН) | Device for power supply of underground object from board of carrier vessel |
RU2401496C1 (en) * | 2009-06-25 | 2010-10-10 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИПМТ ДВО РАН) | Device for charging accumulator battery of underwater facility |
RU2502170C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Device for non-contact transfer of electric energy to underwater object (versions) |
-
2014
- 2014-06-10 RU RU2014123766/02A patent/RU2564199C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2058644C1 (en) * | 1994-01-12 | 1996-04-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Surface-ship-to-submerged-apparatus power supply unit |
GB2294165A (en) * | 1994-10-11 | 1996-04-17 | Lumonics Ltd | Power supply for providing a dc supply from a multiphase ac source |
RU2399140C1 (en) * | 2008-12-22 | 2010-09-10 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИПМТ ДВО РАН) | Device for power supply of underground object from board of carrier vessel |
RU2401496C1 (en) * | 2009-06-25 | 2010-10-10 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИПМТ ДВО РАН) | Device for charging accumulator battery of underwater facility |
CN101640119A (en) * | 2009-07-16 | 2010-02-03 | 浙江大学 | Underwater non-contact type separable transformer for electric energy transmission based on butterfly magnetic core |
RU2502170C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Device for non-contact transfer of electric energy to underwater object (versions) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2648231C1 (en) * | 2017-04-26 | 2018-03-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Device for contactless transmission of electric power to underwater vehicle |
RU2744064C1 (en) * | 2020-08-06 | 2021-03-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Device for contactless transmission of electricity and information signals to an underwater vehicle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lin et al. | Design of an ICPT system for battery charging applied to underwater docking systems | |
EP1368815B1 (en) | Inductive coupling system with capacitive parallel compensation of the mutual self-inductance between the primary and the secondary windings | |
US7514818B2 (en) | Power supply system | |
KR101438910B1 (en) | The Wired-Wireless Combined Power Transmission Apparatus and The Method using the same | |
CN101867200B (en) | Charging device and portable electronic device applying same | |
RU2502170C1 (en) | Device for non-contact transfer of electric energy to underwater object (versions) | |
RU2611068C1 (en) | Autonomous unmanned underwater object storage battery charging device | |
US20150279555A1 (en) | Coil unit and wireless power transmission device | |
WO2015122343A1 (en) | Coil unit and power supply system provided therewith | |
KR20090098239A (en) | Wireless electric power transmission apparatus and wireless charging system using that apparatus | |
US20140333254A1 (en) | Wireless charging device | |
RU2564199C1 (en) | Device for contactless transmission of electric power to underwater object | |
KR101470438B1 (en) | Wireless charging battery case of multiple function | |
JP2016021449A (en) | Coil unit and wireless power transmission device | |
JP2015153891A (en) | Coil unit and power supply system | |
RU2648231C1 (en) | Device for contactless transmission of electric power to underwater vehicle | |
RU2543507C1 (en) | Device for charging accumulator battery of underwater facility | |
NL8202744A (en) | POWER SUPPLY DEVICE FOR A SHAVER. | |
Takeno | Wireless power transmission technology for mobile devices | |
JP2014039437A (en) | Charge and discharge device | |
EP3342018B1 (en) | Subsea ac power supply device comprising a combined subsea transformer and subsea shunt reactor | |
RU2610145C2 (en) | Contactless electric power transmission device | |
RU2603852C1 (en) | Device for underwater object storage battery charging | |
KR20120008634A (en) | Apparatus for wireless charging battery with enhanced structure and System thereof | |
Li et al. | A novel designed load adaptive noncontact wet-mate connector for subsea devices |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200611 |