ИССЛЕДОВАНИЕ БЕСКОНТАКТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЭНЕРГИИ ДЛЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА (05.09.2012)

Автор: Шепталин Денис Сергеевич

Магнитные потери в феррите рассчитываются при помощи удельных объемных потерь по формуле:

- объем сердечника, м3.

Объем сердечника рассчитывается из его геометрии:

- диаметр отверстия центрального зубца, мм.

Электрические потери в обмотках трансформатора рассчитываются по формулам:

- активное сопротивление первичной обмотки, В.

- активное сопротивление вторичной обмотки, В.

Разработанный алгоритм был использован при проведении расчета сердечников трансформатора, выполненных из ферритов и аморфных сплавов, целью расчета являлось нахождение оптимального с точки зрения энергоэффективности сочетания параметров трансформатора.

В результате рассмотрения сердечников различной геометрии, был выбран трансформатор с продольным распространением магнитного потока, который аналогичен трансформатору в схеме электромагнитного преобразователя (см. рис. 1 – Тр). Вместе с выбором геометрии сердечников были оценены и магнитные свойства материалов, из которых они изготовлены. В одном из подразделов главы описаны наиболее типичные свойства и представлены кривые намагничивания ферритов и аморфных сплавов. Сделано это с целью выбора наиболее подходящего материала для создания макета электромагнитного преобразователя. После этого был проведен расчет конструкции трансформатора по описанному выше алгоритму. По результатам первого этапа которого была рассчитана его геометрия, представленная на рис. 5.

Рис. 5. Геометрия ферритового сердечника трансформатора.

Рис. 6. Конечно-элементная модель ферритового сердечника марки НМ.

Таблица 1. Результаты расчета трансформатора.

Параметр Размерность Значение

Частота питающей сети кГц 20

Напряжение на первичной обмотке В 30

Напряжение на вторичной обмотке В 27,99

Кол-во витков первичной обмотке

Кол-во витков вторичной обмотке

Мощность на первичной обмотке Вт 135

Мощность на вторичной обмотке Вт 111,97

Коэффициент полезного действия % 82,9

В четвертой главе описан сконструированный макет электромагнитного преобразователя энергии, сердечники трансформатора которого выбраны из стандартного ряда для ферритовых Ш-образных сердечников с параметрами наиболее близкими расчетному (см. рис. 5). Действующий макет такого преобразователя имеет вид, представленный на рис. 7.

Рис. 7. Макет электромагнитного преобразователя энергии.

Проведен ряд экспериментальных исследований на сконструированном макете при варьировании параметров электромагнитного преобразователя.

Получены экспериментальные кривые зависимости коэффициента полезного действия преобразователя для диапазона частот 1 – 20 кГц и 30 – 100 кГц (рис. 8 и рис. 9 соответственно).

Рис. 8. Экспериментальные кривые в диапазоне частот 1 -20 кГц.

Рис. 9. Экспериментальные кривые в диапазоне частот 30 - 100 кГц.

Проведено сравнение экспериментальных и расчетных зависимостей КПД от частоты питающей сети при разных соотношениях чисел витков первичной и вторичной обмоток (рис. 10).

Рис. 10. Зависимости КПД от частоты питающей сети при разных соотношениях чисел витков первичной и вторичной обмоток.

Экспериментальные и расчетные зависимости КПД достаточно близки и различаются в пределах 10%. Проведено сравнение разработанного электромагнитного преобразователя для привода СОСБ с существующими аналогами, выделены основные конкурентные преимущества. Сравнение проводилось для приводов, используемых в составе электромеханических блоков космических аппаратов, классифицируемых в отечественных и зарубежных публикациях как малые космические аппараты.

Результаты сравнения показали, что разработанная структура привода для системы ориентации солнечной батареи космического аппарата достаточно перспективна в составе привода СОСБ КА с солнечно-синхронной орбитой, и в общем случае обладает следующими особенностями:

Увеличение ресурса работы системы, вследствие отсутствия механического контакта (при использовании контактных колец) и циклов закручивания токопроводящего кабеля (для кабельного барабана) в узле токосъема.

Использование, высокочастотных активных материалов сердечника трансформатора и современной элементной базы для электромагнитного преобразователя позволяет уменьшить его габариты и массу до приемлемых размеров и получить высокий к.п.д.

Схемотехнические силовые элементы преобразователя совместимы с существующими элементами СЭС КА.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Проведен анализ принципов бесконтактной передачи энергии и определены критерии качества и форм-факторы электромагнитного преобразователя энергии для привода БФ КА.

Осуществлен выбор активных материалов и компоновка элементов преобразователя энергии для привода БФ КА.

Разработан алгоритм расчета электромагнитного преобразователя, отличающийся учетом результатов его конечно-элементной модели.

Создан макет электромагнитного преобразователя для привода БФ КА, позволяющий изучать процессы, протекающие в подобного рода устройствах.


загрузка...