научная статья по теме О ПРАКТИЧЕСКОМ ОПЫТЕ И НЕКОТОРЫХ ПРОБЛЕМАХ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ БЕСКОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ Машиностроение

Текст научной статьи на тему «О ПРАКТИЧЕСКОМ ОПЫТЕ И НЕКОТОРЫХ ПРОБЛЕМАХ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ БЕСКОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ»

СУДОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

СУДОСТРОЕНИЕ 4'2015

фундаментах по бортам судна, блок фильтрации СУБВ-Ф-250 — в машинном отделении на левом борту над одним из блоков УФ обезвреживания (рис. 6).

Обработка балласта при приёме проводится первоначально в блоке фильтрации 3, далее вода поступает в один из блоков СУБВ-УФ-250 для УФ обезвреживания.

Обезвреживание балласта в процессе выгрузки предполагается только УФ облучением при обработке воды в блоках СУБВ-УФ-250 без включения блока фильтрации, поскольку балластные воды должны быть отфильтрованы при загрузке балластных танков.

Полномасштабные натурные испытания и сертификация разработанной СУБВ на судне класса «река—море» дадут возможность получить типовое одобрение Регистра и вывести на рынок отечественную конкурентоспособную судовую систему управления балластными водами.

Потенциальными потребителями являются конструкторские бюро-проектанты, судостроительные предприятия, занимающиеся проектированием и строительством морских судов и судов класса «река—море», транспортирующих нефть, газ и другие грузы, компании-судовладельцы.

Социально-экономический эффект от использования результатов

данной работы заключается в обеспечении процессов морских перевозок в соответствии с международными обязательствами России и импорто-независимости российского судостроения в части поставок судового оборудования обезвреживания балластных вод от биологических загрязнений для морских транспортных судов и судов класса «река—море».

Литература

1. Пимошенко А. П., Гурьев В. Г., Ефенть-ев В. П., Вихров Б. Д. Предотвращение загрязнения окружающей среды с судов. М.: Мир, 2004.

2. Международная конвенция о контроле судовых балластных вод и осадков и управлении ими 2004 года. СПб.: Изд-во ЗАО ЦНИ-ИМФ, 2005.

О ПРАКТИЧЕСКОМ ОПЫТЕ И НЕКОТОРЫХ ПРОБЛЕМАХ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ БЕСКОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ

А. О. Гринёва, М. В. Тепляков, канд. техн. наук,

М. Д. Хазиева (ООО «НПЦ «СЭС», e-mail: ses@npcses.ru)

УДК 621.313.5

В последнее время во всём мире исследователи и разработчики всё чаще стали обращаться к проблемам беспроводной передачи электроэнергии, т. е. способу передачи электрической энергии без использования токопроводящих элементов в электрической цепи [1].

Коснулась эта тема и устройств, обеспечивающих исследования пространств Мирового океана с применением автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА), энергетика которых основана на использовании аккумуляторных батарей. Для длительной работы подводным аппаратам требуется периодическая подзарядка батарей. Было бы логичным использовать для этой цели энергосистемы любого надводного, а ещё лучше подводного объекта, находящегося в зоне действия АНПА, не исключая подводную лодку (ПЛ). При этом подзарядка батарей при нахождении ПЛ в подводном положении предпочтительнее, так как поверхность океана может быть покрыта льдом. Сведения о техническом решении подобной задачи, представленном в виде конкретного изделия, образца, в известных источниках отсутствуют. И действитель-

но, на пути реализации передачи электроэнергии беспроводным способом под водой возникает много сопутствующих проблем. Тем более что речь идёт о передаче мощности в несколько киловатт.

Известны несколько способов беспроводной передачи электроэнергии:

• ультразвуковой;

• электростатическая индукция;

• микроволновое излучение;

• лазерный метод;

• использование в качестве проводника Земли и атмосферы — верхних слоёв тропосферы и нижних слоёв стратосферы;

• метод электромагнитной индукции.

Ультразвуковой метод передачи энергии в воздушном пространстве был представлен широкой публике в 2011 г. на выставке The All Things Digital студентами университета Пенсильвании. Передаваемое напряжение достигало 8 В, о силе тока данные отсутствуют.

Электростатическая, или ёмкостная связь представляет собой прохождение электроэнергии через диэлектрик. На практике это градиент электрического поля, или дифферен-

циальная ёмкость между двумя или более изолированными клеммами, пластинами, электродами или узлами, возвышающимися над проводящей поверхностью. Электрическое поле создаётся за счёт заряда пластин переменным током высокой частоты и высокого потенциала. Емкость между двумя электродами и питаемым устройством образует разность потенциалов. Данный способ был продемонстрирован Николой Тесла в беспроводных лампах также на земной поверхности ещё в конце XIX века.

Микроволновая передача электроэнергии была предложена для передачи энергии с орбитальных солнечных электростанций на Землю и питания космических кораблей, покидающих орбиту. Беспроводная передача энергии десятков киловатт с использованием микроволн была продемонстрирована в Голдстоуне (штат Калифорния) в 1975 г. и в 1997 г. в Гранд Бассине (о. Реюньон). В ходе экспериментов была достигнута передача электроэнергии на расстояние около 1 км.

Технология передачи энергии с помощью лазера исследовалась при разработке новых систем вооружения и в аэрокосмической промышленности. Драйденский лётно-ис-следовательский центр НАСА продемонстрировал полёт модели беспилотника, периодическую подзарядку батарей на котором осуществляли посредством лазерной системы во время нахождения модели в воздухе. С 2006 г. компания Power Beam разрабатывает готовые для коммерческого применения узлы для потребительских и промышлен-

СУДОСТРОЕНИЕ 4 2015 СУДОВОЕ ОБОРУДОВАНА

Таблица 1

Результаты изменения электрических параметров при продольном смещении осей сердечников (ось х)

Напряжение на нагрузке, В Ток в на-грузке, А Мощность в на- грузке, Вт Площадь поперечного сечения, мм2 (%) Зазор, мм Сдвиг мм

127 77,6 9855 3360 - -

116 71 8236 3360 1 -

115 69,3 7969 3150 1 5

113,6 69,2 7838 2940 1 10

112 68 7616 2730 1 15

109,5 66 7227 2520 1 20

106,5 64,6 6880 2310 1 25

103 62,4 6427 2100 1 30

100 61 6100 1890 1 35

96,8 58,7 5693 1680 1 40

93,7 59,2 5547 1470 1 45

88 55 4840 1260 1 50

84 52,3 4393 1050 1 55

79 49,3 3895 840 1 60

72 44,5 3204 630 1 65

ных устройств. В 2009 г. компания Laser Motive продемонстрировала лазерную установку, способную передать мощность 500 Вт на расстояние 1 км при КПД 10%.

Глобальная система передачи электроэнергии без проводов, так называемая Всемирная беспроводная система, основанная на высокой электропроводности плазмы и высокой электропроводности Земли, была предложена Николой Тесла в начале 1904 г., хотя работы по беспроводной передачей им были начаты в 1893 г. Одним из условий создания беспроводной системы является строительство резонансных приёмников. В качестве таковых могут быть использованы заземлённый винтовой резонатор катушки Теслы и расположенный на возвышении терминал.

Техника беспроводной передачи электроэнергии методом электро-

магнитной индукции использует действие электромагнитного поля на небольших расстояниях. Благодаря взаимоиндукции переменный электрический ток, протекающий через первичную обмотку, создаёт переменное магнитное поле, которое действует на вторичную обмотку, индуцируя в ней электрический ток. По мере увеличения расстояния между ними всё большая часть магнитного поля не достигает вторичной обмотки.

Пример использования принципа электродинамической индукции — бесконтактные зарядные устройства мобильных телефонов и электрических зубных щёток. Индукционные плиты также используют этот метод. Недостатком этого способа является необходимость близкого расположения плоскостей первичной и вторичной обмоток по отношению друг к другу. Применение резонанса в контуре первичной и вторичной обмоток увеличивает возможное расстояние передачи энергии. Катушки должны представлять собой однослойные спирали. КПД системы также увеличивается за счёт изменения формы волны. Обычным применением резонансной электродинамической индукции является зарядка батарей портативных устройств. Резонансная электродинамическая индукция также используется для питания устройств, не имеющих аккумуляторных батарей, таких как 1кРЮ-метки и бесконтактные смарт-карты. Винтовой резонатор Теслы также относится к беспроводным передатчикам электроэнергии.

Специалисты Института проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН в течение уже нескольких лет занимаются проблемами создания устройства для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект [2]. Специалистами этого института рассмотрены в подробностях и проана-

Таблица 2

Резул ьтаты изменения электрических

параметров при поперечном смеще-

нии осей сердечников ось у

Напряжение на нагрузке, В Ток в на- грузке, А Мощность в на- грузке, Вт Площадь поперечного сечения, мм2 (%) Зазор, мм Сдвиг, мм

115 69,5 7992 2960 1 5

111 67 7437 2560 1 10

106 64 6784 2160 1 15

101 61 6161 1760 1 20

93 56 5208 1360 1 25

84,3 50,5 4257 960 1 30

73,3 44 3225 560 1 35

лизированы различные структурные схемы инверторов и выпрямителей, которые могут быть реализованы с использованием известной электронной базы. В настоящее время, в эпоху широкого внедрения для электроприводов преобразовательной техники, создание преобразователя и управляемого выпрямителя под заданные параметры не вызывает особых трудностей. Фирм, занимающихся разработкой и изготовлением подобного электрооборудования, достаточно много. Инверторы с настраиваемым в резонанс контуром применяются, в том числе, и при индукционной пайке. Частота такого инвертора при этом близка к частотам, которые рекомендованы для беспроводной передачи энергии [3].

Реализованного в готовом виде устройства (макета), способного передавать электроэнергию в несколько киловатт бесконтактным (с точки зрения электрического контакта) способом, описано не было. В ООО «НПЦ «СЭС» в мае 2014 г. было опробовано устройство, передающее 2 кВт электрической мощности бесконтактным способом, а уже в феврале 2015 г. заказчику

Рис. 1. Зависимость мощности в нагрузке от площади поперечного сечения сердечника при продольном смещении

Рис. 2. Зависимость мощности в нагрузке от площади поперечного сечения сердечника при поперечном смещении

СУДОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

СУДОСТРОЕНИЕ 4'2015

был продемонстрирован полномасштабный макет устройства

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Машиностроение»