Скотарев Иван Николаевич


студент 4 курса, кафедра применения электроэнергии в сельском хозяйствеСтГАУ,
РФ, г. Ставрополь


Дорожко Сергей Васильевич


научный руководитель, канд. тех. наук, доцент СтГАУ,
РФ, г. Ставрополь


В последнее время для зарядки аккумуляторных батарей используются способы заряда при постоянном токе и постоянном напряжении [1–3]. Существует еще один очень перспективный и самый безопасный способ быстрой зарядки – беспроводная зарядка.


Способ беспроводной зарядки основывается на явлении электромагнитной индукции.


Как известно, область распространения электромагнитного поля разделяется на две основные зоны в зависимости от расстояния от источника излучения. Ближняя зона (зона индукции или реактивная) ограничивается расстоянием, равным ?/2?, где ? – длина волны (рисунок 1) [4].



Рисунок1. Ближняя и дальняя зоны


Зона индукции постепенно переходит в зону излучения (волновую), и ярко выраженной границы между ними не существует. На границах ближней и дальней зон различают переходную промежуточную зону. При частотах 10, 1 и 0,1 МГц протяженность ближней зоны составляет примерно 4,7? 47 и 477 м.


Система передачи энергии состоит из первичной катушки L1 (источника) и вторичной катушки L2 (приемника). Катушки образуют систему с индуктивной связью (рисунок 2).



Рисунок2. Принцип действия беспроводных зарядных устройств


Переменный ток, протекая в обмотке первичной катушки, создает магнитное поле, индуцирующее напряжение в приемной катушке, которое может быть использовано как для зарядки аккумулятора, так и для питания устройства. По мере удаления вторичной катушки от первичной все большая часть магнитного поля рассеивается и не достигает вторичной катушки. Даже при относительно малых расстояниях индуктивная связь становится неэффективной. Упрощенная эквивалентная схема магнитносвязанных катушек приведена на рисунке 3.



Рисунок 3.Упрощенная эквивалентная схема магнитносвязанных катушек


Взаимная индуктивность М определяется из известного соотношения:


где k – коэффициент связи между катушками, зависящий от многих факторов, в т. ч. – от расстояния между катушками (z), соотношения диаметров катушек, смещения между их центрами, от формы катушек и т. д. На рисунках 4 и 5 приведены значения коэффициента связи (k) при расстоянии между катушками 0,2? 2,5? 5? 7,5 и 10 мм, и графики зависимости коэффициента связи от величины смещения (для катушек диаметром 30 мм). Резонансные контуры с индуктивной связью, применяемые в системах беспроводной зарядки, уже на протяжении десятков лет успешно используются в разнообразных радиотехнических устройствах [4].



Рисунок 4.Графики зависимости коэффициента связи от смещения катушек



Рисунок 5.График зависимости эффективности системы от коэффициента качества


Из анализа эквивалентной схемы (рисунок 3) на частоте резонанса эффективность системы (?), определяемая как ? = PL /P1 (где PL – мощность на нагрузке RL. P1 – на резисторе потерь R1), будет наибольшей при оптимальном значении сопротивления нагрузки, которое равно:


где: ?0 – резонансная частота,


М – взаимная индуктивность, R1 и R2 омические сопротивления потерь катушек индуктивности.


Соответственно при оптимальном значении сопротивления нагрузки оптимальная эффективность системы на частоте резонанса равна:


где QM – коэффициент качества, или иными словами эффективная добротность системы, определяемая из выражения:


где Q1 и Q2 – добротность резонансных контуров источника и приемника.


График зависимости эффективности системы (?) от коэффициента качества (QM) приведен на рисунке 5. Как следует из приведенного графика, эффективность системы на частоте резонанса представляет собой монотонно возрастающую функцию, асимптотически приближающуюся к единице. Эффективность передачи энергии зависит от коэффициента связи между катушками и их добротности, а для увеличения эффективности беспроводных систем зарядки следует использовать явление резонанса, что позволяет увеличить КПД и дальность передачи энергии. Повысить эффективность индуктивно связанных систем можно за счет увеличения добротности катушек и/или коэффициента связи [4].


Согласно классификации Ассоциации потребителей электроники CEA (Consumer Electronics Association) технологию беспроводной зарядки предлагается различать в зависимости от величины коэффициента связи. Если значение k близко к единице – это так называемая сильносвязанная система (tightlycoupled),если k < 0,1 – слабо связанная (looselycoupled).


В настоящее время разработаны две технологии беспроводной зарядки, использующие явление электромагнитной индукции. Одна из них, в которой используются сильносвязанные катушки, получила название MI (Magnetic Induction – магнитноиндуктивная), другая со слабосвязанными – MR (Magnetic Resonant – магнитнорезонансная).


В каждой из них для беспроводной передачи энергии используется магнитное поле и применяются резонансные контуры (рисунок 6). Магнитный поток, создаваемый источником и пронизывающий вторичную катушку, зависит от конфигурации магнитного поля, которую можно трансформировать как благодаря изменению геометрических размеров катушек и их взаимному расположению, так и за счет применения соответствующего магнитного экранирования. Плотность потока зависит от магнитной проницаемости экранов. Стоимость и толщина экранов являются ключевыми факторами при их выборе. От взаимной ориентации передающей и принимающей катушек, а также от расстояния между ними зависит эффективность системы передачи энергии. Чем больше расстояние между катушками, тем менее эффективна система. Кроме того, эффективность зависит от резонансной частоты, относительных размеров передающей и принимающей катушек, коэффициента связи, сопротивления обмоток, наличия скин-эффекта, паразитных связей и ряда других факторов. Смещение по координатам X, Y, Z, а также наличие угла наклона между катушками приводит к существенному росту потерь и соответственно – к снижению эффективности передачи энергии [4].



Рисунок 6.Особенности MI и MR технологий



Рисунок 7. Беспроводная зарядная станция для электромобилей


Данную технологию планируется использоваться для:


· Специальных станций, где в пол встроены катушки и для зарядки аккумулятора, автомобиль необходимо разместить прямо над ними (рисунок 7).


· Специально оборудованных парковочных мест. Которые позволят заряжать автомобиль, например, во время его простоя в течения рабочего дня.


· Особых участков автомобильных трасс.

www. russianelectronics. ru/leader-r/review/doc/70732/ (дата обращения 14.11.2015).
Похожие записи:
  1. Скотарев Иван Николаевич
  2. Green Apple: электроавтомобиль, который очищает воздух
  3. Освещение автомобиля.
  4. Main menu
  5. электроавтомобиль
  6. Електропривод з МДП в синхронному режимі може працювати в руховому і генераторному режимі з нерегу
  1. Китайский патрульний электроавтомобиль Zijing Qingyuan
  2. Детский электроавтомобиль Jetem Hot Racer 6V Жетем
  3. Группа: Член клуба Сообщений: 650
  4. Впервые автомобиль был представлен в 2006 году в Турции. При его создании, была использована платфЧитать полностью
  5. Audi начала разработку электроавтомобиля в Китае




  • Меню