СИСТЕМА БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Аннотация
Широкое распространение получило оборудование, питающееся от встроенных ак- кумуляторов: беспилотные летательные аппараты, портативные радиостанции, такти- ческие фонари, электрические транспортные средства и др. Зарядка аккумуляторов осу- ществляется зачастую контактным способом – подключением источника энергии посред- ством разъемного соединения. Это требует наличия технического персонала для произ- водства коммутаций; организации защиты разъемного соединения от воздействия окру- жающей среды (влага, грязь и т.д.), а также защиты от поражения персонала электриче- ским током. Целью исследования является разработка технических средств беспроводной передачи электрической энергии, которые позволят исключить использование разъемных соединений, улучшить электробезопасность, а, главное – дадут возможность сделать процесс зарядки автоматическим. Результаты работы актуальны для создания автома- тических систем доставки грузов с помощью беспилотных аппаратов; для реализации систем автоматической зарядки городского электротранспорта; для реализации авто- матической зарядки беспилотных наземных, плавучих (в т.ч. подводных) и летательных аппаратов (разведывательных, патрульных и др.). Описана разработанная конструкция системы беспроводной передачи энергии мощностью до 250 Вт, пригодной для зарядки шестиэлементных литиевых аккумуляторных батарей. Система работает с катушками диаметром 200 мм, полная работоспособность сохраняется при расстоянии между цен- трами катушек до 100 мм. КПД во всем диапазоне режимов не ниже 74 %, при измерении от сети 220 В до выхода на аккумуляторную батарею. При проектировании ставилась цель максимально снизить массу приемной части для облегчения ее установки на БПЛА и минимизации влияния на их тяговооруженность.
Список литературы
R. Electromagnetic Energy Harvesting and Wireless Power Transmission: A Unified Approach
// Proceedings of the IEEE. – Nov. 2014. – Vol. 102, No. 11. – P. 1692-1711.
2. Covic G.A. and Boys J.T. Inductive Power Transfer // Proceedings of the IEEE. – June 2013.
– Vol. 101, No. 6. – P. 1276-1289.
3. Bosshard R., Badstübner U., Kolar J.W., Stevanovic I. Comparative Evaluation of Control
Methods for Inductive Power Transfer // Proceedings of the International Conference on
Renewable Energy Research and Applications (ICRERA 2012), Nagasaki, Japan, November
11-14, 2012. – DOI: 10.1109/ICRERA.2012.6477400.
4. Garnica J., Chinga R.A. and Lin J. Wireless Power Transmission: From Far Field to Near
Field // Proceedings of the IEEE. – June 2013. – Vol. 101, No. 6. – P. 1321-1331.
5. Kurs A., Karalis A., Moffatt R., Joannopoulos J.D., Fisher P., and Soljacic M. Wireless Power
Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances // Science. – June 2007. – Vol. 317,
No. 5834. – P. 83-86.
6. Wei X., Wang Z., and Dai H. A Critical Review of Wireless Power Transfer via Strongly
Coupled Magnetic Resonances // Energies. – July 2014. – Vol. 7, No. 7. – P. 4316-4341.
7. Nambiar S.C., Manteghi M. A simple wireless power transfer scheme for implanted devices //
Radio Science Meeting (USNC-URSI NRSM), United States National Committee of URSI
National, 2014.
8. Ho S.L., Wang J., Fu W.N., and Sun M. A Comparative Study Between Novel Witricity and
Traditional Inductive Magnetic Coupling in Wireless Charging // IEEE Transactions on
Magnetics. – May 2011. – Vol. 47, No. 5. – P. 1522-1525.
9. Burlaka V.V., Podnebennaya S.K., Gulakov S.V. Analysis of Approaches to the Efficiency
Improvement of Wireless Power Transmission Systems Using Low-Frequency Magnetic
Fields // In proceedings of 2018 IEEE 38th International Conference on Electronics And
Nanotechnology (ELNANO), Kyiv, 24-26 April, 2018. – Kyiv: Igor Sikorsky Kyiv
Polytechnic Institute, 2018. – P. 572-575. – DOI: 10.1109/ELNANO.2018.8477481.
10. QI Wireless Power Transfer System Description. Vol. I: Low Power Part 1: Interface
Definition. Version 1.0.1. – Wireless Power Consortium, October 2010.
11. Qi Wireless Charging. – Режим доступа: www.qiwireless.com.
12. Wireless Power Consortium. – Режим доступа: www.wirelesspowerconsortium.com.
13. Bosshard R., Kolar J.W. Inductive Power Transfer for Electric Vehicle Charging – Technical
Challenges and Tradeoffs // IEEE Power Electronics Magazine. – September 2016. – P. 22-30.
– DOI: 10.1109/MPEL.2016.2583839.
14. Qiu Chun, Chau K.T., Chunhua Liu, Chan C.C. Overview of Wireless Power Transfer for
Electric Vehicle Charging // Proceedings of EVS27 International Battery, Hybrid and Fuel
Cell Electric Vehicle Symposium (17-20 November 2013). – Barcelona, 2013. – P. 1-9.
15. Villa J.L., Sanz J., Sallan J. Inductive battery charging system for electric vehicles //
Proceedings of EVS27 International Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle
Symposium (17-20 November 2013). – Barcelona, 2013. – P. 1-4.
16. Bosshard R., Kolar J.W., Wunsch B. Control Method for Inductive Power Transfer with High
Partial-Load Efficiency and Resonance Tracking // Proceedings of the International Power
Electronics Conference – ECCE Asia (IPEC 2014), Hiroshima, Japan, May 18-21, 2014.
– DOI: 10.1109/IPEC.2014.6869889.
17. Pinuela M., Yates D.C., Lucyszyn S., Mitcheson P.D. Maximizing DC-to-Load Efficiency for
Inductive Power Transfer // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2013. – Vol. 28.
– P. 2437-2447.
18. Wang C.S., Covic G.A., and Stielau O.H. Power Transfer Capability and Bifurcation
Phenomena of Loosely Coupled Inductive Power Transfer Systems // IEEE Trans. Ind.
Electron. – Feb. 2004. – Vol. 51, No. 1. – P. 148-157.
19. Pantic Z., and Lukic S.M. Framework and Topology for Active Tuning of Parallel
Compensated Receivers in Power Transfer Systems // IEEE Trans. Power Electron. – Nov.
2012. – Vol. 27, No. 11. – P. 4503-4513.
20. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. В 2 т. Т. 1. Электрические цепи:
учебник для ВУЗов. – 11-е изд., испр. и доп. – М.: Гардарики, 2007. – 701 c.
21. MicroID ® 125 kHz RFID System Design Guide. Document No. DS51115F. Microchip
Technology Inc. – 2004. – 210 p. – Режим доступа: ww1.microchip.com/downloads/
en/devicedoc/51115f.pdf.
