TRANSFORMATOROWE SYSTEMY BEZPRZEWODOWEGO PRZESYŁU ENERGII BPE STUDIA SYMULACYJNE

Transkrypt

1 Artur MOADEWIZ TANSFOMATOOWE SYSTEMY BEZPZEWODOWEGO PZESYŁU ENEGII BPE STUDIA SYMUAYJNE STESZZENIE W artyule przedstawiono system bezprzewodowego przesyłu energii BPE wyorzystujący sprzężenie eletromagnetyczne, zbudowany na transformatorze z rozdzielonym rdzeniem. Omówiony został model matematyczny transformatora na rdzeniu typu pot, umożliwiający oszacowanie wartości współczynnia sprzężenia uzwojeń transformatora i ich inducyjności. Przedstawiono model matematyczny łączący stronę wtórną i pierwotną bezprzewodowego systemu przesyłu energii dla wybranych oncepcji ompensacji inducyjności rozproszenia. Przedstawione zostały wynii badań symulacyjnych. Słowa luczowe: bezprzewodowe przesyłanie energii, przeształtnii rezonansowe 1. WSTĘP Ułady bezprzewodowego przesyłu energii (BPE są atualnie przedmiotem badań i rozwoju w wielu ośrodach nauowych. ozwój nowych technologii przesyłu informacji taich ja GSM, IrDA, Bluetooth umożliwiających mgr inż. Artur MOADEWIZ, a.moradewicz@iel.waw.pl Załad Eletrycznych Napędów Obrabiarowych Instytut Eletrotechnii PAE INSTYTUTU EEKTOTEHNIKI, zeszyt 6, 6

2 15 A. Moradewicz bezprzewodowe sterowanie różnego rodzaju urządzeń, pozwala i wywiera nacis na udosonalanie i opracowywanie nowych technologii bezprzewodowego przesyłu energii. Technologie BPE nie tylo podnoszą funcjonalność, wygodę zasilania i mobilność użytowania pracujących urządzeń, lecz w nietórych rozwiązaniach mogą oazać się niezastąpione. Konwencjonalne sposoby przyłączania eletrycznych urządzeń domowych czy też przemysłowych, do źródła zasilania, bazują na uładzie typu wty gniazdo. Sposób ten ze względu na swą prostotę znaomicie sprawdza się w warunach normalnych, lecz w trudnych warunach środowisowych oniecznym jest stosowanie specjalistycznych sprzęgów łączących: zagrożenie wybuchem (opalnie, laboratoria chemiczne, praca urządzenia pod wodą lub w dużej wilgotności, umożliwienie dodatowego stopnia swobody ruchu częściom wtórnym, zasilanie wszczepianych/wszczepionych implantów (medycyna, bez onieczności ingerencji przez ciało pacjenta, ładowanie baterii telefonów lub pojazdów eletrycznych, zasilanie czujniów w robotach przemysłowych. Dobrym przyładem mogą być wieloosiowe roboty na liniach montażowych (eletronia, motoryzacja, tóre wymagają często doprowadzenia energii eletrycznej poprzez jedną lub więcej części ruchomych. Stosowane przewody zasilające montowane są w ten sposób, aby ramię robota miało ja najwięszą swobodę ruchu. W pratyce jedna rzado bywa ta, by ramie (manipulator mogło obracać się więcej niż 36, ze względu na możliwość zerwania lub przecięcia przewodów zasilających. W stosowanych obecnie rozwiązaniach bezprzewodowego przesyłu energii wyorzystuje się głównie sprzęganie inducyjne (rys. 1. Zjawiso to bazuje na podstawowych zasadach eletromagnetyzmu odrytych przez Ampera i Faraday a, wyorzystując zmienne pole eletromagnetyczne woół przewodnia z prądem do przesyłu energii z uzwojenia pierwotnego do wtórnego. Typowymi przyładami zastosowań tego zjawisa są: silnii inducyjne i transformatory. Urządzenia te są dobrze znane i cechują się wysoim współczynniiem sprzężenia pomiędzy uzwojeniami strony pierwotnej i wtórnej. Inducyjne systemy bezprzewodowego przesyłu energii budowane są na bazie transformatorów specjalnej onstrucji. W transformatorach BPE uzwojenie wtórne nie jest związane mechanicznie z uzwojeniem pierwotnym. Energia przenoszona jest poprzez szczelinę powietrzną lub inne medium (woda, ropa, gaz, między rdzeniami, a rozwiązaniach bez rdzenia / rdzeni tylo między uzwojeniami strony pierwotnej i wtórnej.

3 Transformatorowe systemy bezprzewodowego przesyłu energii BPE ys. 1. Strutura bezprzewodowego systemu przesyłu energii, bazująca na sprzężeniu inducyjnym W zależności od onstrucji transformatora użytego w systemie BPE (rys., jego charaterystya może znacznie odbiegać od charaterystyi transformatorów w onwencjonalnym wyonaniu, tóre cechują się na ogół bardzo dobrym (blisim jedności współczynniiem sprzężenia pomiędzy uzwojeniami. Duża inducyjność magnesowania charaterystyczna dla transformatorów onwencjonalnych jest znacznie zmniejszona w transformatorach BPE gdzie uzwojenia nawinięte są na oddzielne rdzenie i zmniejsza się wraz ze wzrostem odległości między rdzeniami. Ta, więc szczelina pomiędzy rdzeniami magnetycznymi powoduje znaczny wzrost prądu magnesującego a to jest przyczyną więszych strat przewodzenia oraz generowania załóceń eletromagnetycznych EM. Ponadto wzrost odległości pomiędzy rdzeniami obniża współczynni sprzężenia uzwojeń strony pierwotnej i wtórnej, uład tai może pracować ja indutor ze wsadem magnetycznym (grzejnictwo inducyjne. Powyższe niedogodności związane z transformatorami w systemach BPE wymagają, więc zastosowania dodatowych zabezpieczeń, doboru sterowania i uładów, tóre poprawiłyby sprawność i wyeliminowały lub złagodziły występujące zjawisa niepożądane. Optymalnym rozwiązaniem w tym procesie przesyłu energii jest zaprojetowanie uładu rezonansowego, dzięi tóremu w systemie BPE można uzysać: poprawę współczynnia sprzężenia uzwojeń transformatora, zminimalizowany poziom załóceń eletromagnetycznych, zwięszenie częstotliwości pracy przeształtnia zasilającego uład a tym samym zwięszenie gęstości przesyłanej energii i zmniejszenie gabarytów transformatora, możliwość zastosowania technii mięiej omutacji zaworów przeształtnia zasilającego (zminimalizowanie lub eliminacja strat omutacyjnych.

4 15 A. Moradewicz. MODEOWANIE SYSTEMU BPE Przedstawiony uład na rys. wyorzystując sprzężenie inducyjne umożliwia bezprzewodowe zasilanie urządzeń eletrycznych poprzez transformator z rozdzielonym rdzeniem magnetycznym (rys. 3. Transformator ten zbudowany jest z dwóch niezależnych, ruchomych względem siebie rdzeni. Szczelina powietrzna pomiędzy rdzeniami może zmieniać swą wielość od do wartości l g max, ograniczonej przez minimalną wartość współczynnia sprzężenia uzwojeń. W uładach onwencjonalnych, w tórych transformatory używane są w celu zapewnienia izolacji galwanicznej między siecią a odbiorniiem lub też w celu dopasowania prądowo napięciowego, problem rozproszenia strumienia magnetycznego właściwie nie występuje, ponieważ cały strumień zamya się w rdzeniu transformatora. Szczelina powietrzna, tóra w przedstawionym systemie zapewnia bezprzewodowość / bezstyowość zasilania odbiorniów znajdujących się po stronie wtórnej transformatora, powoduje jednocześnie znaczące obniżenie sprawności i wartości przesyłanej energii ze strony pierwotnej na wtórną, ponieważ strumień rozproszenia wzrasta, a to powoduje wzrost inducyjności rozproszenia uzwojeń transformatora. ys.. System bezprzewodowego przesyłu energii

5 Transformatorowe systemy bezprzewodowego przesyłu energii BPE Kompensację inducyjności rozproszenia, a tym samym znaczne zwięszenie wartości przesyłanej energii można uzysać poprzez zapewnienie pracy uładu w warunach rezonansowych. W tym celu należy zaprojetować uład rezonansowy (dobór elementów - dla wymaganej częstotliwości rezonansowej pracy oraz zapewnić odpowiednie sterowanie przeształtnia zasilającego uład, wymuszające pracę z częstotliwością rezonansową. Praca przedstawionego uładu w rezonansie ma olejną zaletę, umożliwia przełączanie łączniów przeształtnia bez strat omutacyjnych, ponieważ zawory przeształtnia przełączane są przy zerowej wartości napięcia lub prądu. Wpływa to, więc na ogólny wzrost sprawności systemu. a b Przyłączenie uzwojenia Ferryt Przyłączenie uzwojenia 1 Ferryt Ferryt Uzwojenie Uzwojenie 1 Szczelina powietrzna Przyłączenie uzwojenia ys. 3. Transformator obrotowy na rdzeniu typu POT.1. Transformator W pracy przedstawiona jest analiza systemu BPE z transformatorem obrotowym (rys. 3 i 5. W celu doonania analizy i oreślenia ryterii doboru uładu rezonansowego dla przedstawionego systemu bezprzewodowego przesyłu energii, powyższy model transformatora obrotowego z rozdzielonym rdzeniem należy sprowadzić do schematu zastępczego, tóry przy pominięciu rezystancji uzwojeń strony pierwotnej i wtórnej 1 = = można przedstawić w postaci modelu typu T ja na rys. 4.

6 154 A. Moradewicz 1 Uzwojenie strony pierwotnej M Uzwojenie strony wtórnej ys. 4. Model typu T transformatora Oznaczenia: 1, inducyjność rozproszenia uzwojeń transformatora strony pierwotnej i wtórnej, M inducyjność wzajemna uzwojeń. r1 p1 r1 r3 p3 p3 r3 r34 p34 r34 ys. 5. Transformator obrotowy na rdzeniu typu pot przerój poprzeczny oraz relutancyjny schemat zastępczy. a przerój poprzeczny, b relutancyjny model zastępczy W celu wyznaczenia inducyjności uzwojeń transformatora oraz oreślenia współczynnia sprzężenia pomiędzy nimi, transformator na rdzeniu typu POT przedstawiony jest w postaci relutancji (rys. 5. l = μ A (1 gdzie: l długość drogi przepływu strumienia magnetycznego, μ przenialność magnetyczna, A przerój poprzeczny drogi przepływu strumienia magnetycznego.

7 Transformatorowe systemy bezprzewodowego przesyłu energii BPE Korzystając ze wzoru (1 i oznaczeń z rys. 5a można napisać równania opisujące wartości poszczególnych relutancji sładowych schematu z rys. 5b: r1 h = μ π ( r r 1 r ( r34 = h μ π ( r r 4 r 3 (3 W celu wyznaczenia relutancji rdzenia oznaczonej jao r3 należy wyznaczyć pole poprzecznego przeroju drogi przepływu strumienia magnetycznego na tym odcinu: A = r r 3 π a rdr = π a ( r3 + r r r 3 (4 r 3 r3 r = μ π a ( r + r r 3 (5 Podobnie ja r3, wyznaczana jest relutancja przepływu strumienia na odcinu (r 3 - r w powietrzu: r3 r 3 = p μ π ( h a ( r + 3 r (6 Na podstawie równań ( 6 i schematu rys. 5b relutancja wypadowa rdzenia wynosi: r = r1 = r = p3 p3 ( + r1 r1 + + r34 r r 3 r 3 (7 elutancja szczeliny powietrznej pomiędzy rdzeniami wynosi: = + p p1 p34 (8

8 156 A. Moradewicz gdzie: p1 l = μ π ( r g r 1 (9 p34 l = μ π ( r g 4 r 3 (1 Współczynni sprzężenia pomiędzy stroną pierwotną i wtórną transformatora przedstawić można jao zależność następujących relutancji: = p3 + p3 p1 + p34 (11 oraz jao zależność między inducyjnościami własnymi i inducyjnością wzajemną uzwojeń transformatora: M = = 1 M (1 Załadając jednaową liczbę uzwojeń n 1 = n 1 = schemat z rys. 4 przedstawić można w postaci ja na rys. 6 poniżej, a parametry tego schematu wyznaczyć z równań (11 13 a b (1-* (1-* Uzwojenie strony pierwotnej * Uzwojenie strony wtórnej ys. 6. Model transformatora

9 Transformatorowe systemy bezprzewodowego przesyłu energii BPE n1 n n = = r + p (13 gdzie: n 1 n inducyjność własna uzwojeń transformatora, liczba zwoi uzwojenia pierwotnego, liczba zwoi uzwojenia wtórnego. Powyższe rozważania wsazują, że wartość inducyjności własnej i wzajemnej transformatora w inducyjnym systemie bezprzewodowego przesyłu energii zależą od taich parametrów ja: odległość między rdzeniami (szczelina powietrzna, wymiarów oraz przenialności magnetycznej materiału rdzeni i liczby zwojów po stronie pierwotnej i wtórnej transformatora. Jedna decydujące znaczenie ma przerój poprzeczny drogi przepływu strumienia oraz długość jego ścieżi. 3. KOMPENSAJA INDUKYJNOŚI OZPOSZENIA UZWOJEŃ TANSFOMATOA Koncepcja ompensacji inducyjności rozproszenia, przez wprowadzanie do obwodu pojemności, jest od dawna stosowana w energetycznych urządzeniach przesyłu energii: ompensacja linii długiej czy też orecja współczynnia mocy. Dzięi zastosowaniu ompensacji w systemach BPE, w tórych inducyjność rozproszenia może być więsza od inducyjności wzajemnej uzwojeń, uzysać można znaczne zmniejszenie impedancji uładu. ys. 7. System bezprzewodowego przesyłu energii, bez ompensacji inducyjności rozproszenia uzwojeń transformatora Wpływ parametrów obwodu rezonansowego oraz wybór sposobu ompensacji, wymaga zbudowania modelu matematycznego, tóry łączyłby stronę

10 158 A. Moradewicz pierwotną i wtórną systemu. W celu uproszczenia analizy i budowy modelu, uład zasilany po stronie wtórnej transformatora, tórym w uładzie rzeczywistym może być przeształtni z filtrem wyjściowym i obciążeniem inducyjnym lub pojemnościowym, przedstawiony jest w postaci rezystancji o (rys. 8. Przy powyższych założeniach upraszczających model matematyczny taiego uładu można przedstawić następująco: U1 = Z1 I1 Z M I = Z I Z M I1 (14 Impedancja strony wtórnej w zależności od wybranej metody ompensacji wynosi: ompensacja szeregowa strony wtórnej: Z 1 j ( (15 j = o ompensacja równoległa strony wtórnej: Z 1 = j ( 1 + (16 1 j + o Wartość impedancji strony wtórnej sprowadzona na stronę pierwotną na podstawie uładu równań (14 wynosi: Z ' Z M = (17 Z uwzględniając to, że Z M = j, wyrażenie na wartość impedancji strony wtórnej sprowadzonej na stronę pierwotną przyjmuje następującą postać:

11 Transformatorowe systemy bezprzewodowego przesyłu energii BPE dla ompensacji szeregowej strony wtórnej + + = 3 4 ' 1 (1 ( 1 (1 ( 1 (1 ( o o o j Z (18 oraz dla ompensacji równoległej strony wtórnej = 3 ' (1 1 (1 ( (1 1 (1 ( ( (1 1 (1 ( j Z o o o o (19 Poniżej przedstawiono wynii symulacji wyonane w programie Orad 1. PSpice przy następujących założeniach: do obciążenia przesyłana będzie moc na poziomie 3 W, przeształtni zasilający uład przedstawiony jao sterowane źródło napięcia prostoątnego o zadanej amplitudzie, częstotliwość rezonansowa uładu 1 Hz, w celu ograniczenia strat omutacyjnych zmiana znau tego napięcia następuje w chwili przejścia przez zero prądu strony pierwotnej, model symulacyjny zbudowany jest z elementów idealnych Kondensator rezonansowy dołączony do strony pierwotnej transformatora ys. 8. System bezprzewodowego przesyłu energii z ondensatorem rezonansowym po stronie pierwotnej

12 16 A. Moradewicz V(zas V(D1:1,N11319 V(obc:1,obc: u 4 - SE>> i 19.97ms ms 19.98ms ms 19.99ms ms.ms I(1 -I( I(obc ys. 9. Przebiegi: napięcia zasilającego U 1, napięcia na uzwojeniu wtórnym U oraz napięcia na obciążeniu U o (u góry, prądu strony pierwotnej i 1 i wtórnej i oraz prądu obciążenia i obc (u dołu. Zmiana znau napięcia zasilającego następuje w chwili przejścia przez zero prądu pierwotnego f = f r. Parametry uładu symulacyjnego: 1r = 1.13 nf; =.3 mh; =.8; o = 1 mf; o = 5 Ω u V(zas V(D1:1,N11319 V(obc:1,obc: 4 - i SE>> 19.97ms ms 19.98ms ms 19.99ms ms.ms I(1 -I( I(obc ys. 1. Przebiegi: napięcia zasilającego U 1, napięcia na uzwojeniu wtórnym U oraz napięcia na obciążeniu U o (u góry, prądu strony pierwotnej i 1 i wtórnej i oraz prądu obciążenia i obc (u dołu. Zmiana znau napięcia zasilającego następuje w chwili przejścia przez zero prądu pierwotnego f = f r. Parametry uładu symulacyjnego: 1r = nf; =.5 mh; =.8; o = 1 mf; o = 5 Ω

13 Transformatorowe systemy bezprzewodowego przesyłu energii BPE u V(zas V(D1:1,N11319 V(obc:1,obc: 4 - SE>> i 19.97ms ms 19.98ms ms 19.99ms ms.ms I(1 -I( I(obc ys. 11. Przebiegi: napięcia zasilającego U 1, napięcia na uzwojeniu wtórnym U oraz napięcia na obciążeniu U o (u góry, prądu strony pierwotnej i 1 i wtórnej i oraz prądu obciążenia i obc (u dołu. Zmiana znau napięcia zasilającego następuje w chwili przejścia przez zero prądu pierwotnego f = f r. Parametry uładu symulacyjnego: 1r = nf; =.5 mh; =.8; o = 1 mf; o = 1 Ω u -15 V(zas V(D1:1,N11319 V(obc:1,obc: 4 - SE>> i 19.97ms ms 19.98ms ms 19.99ms ms.ms I(1 -I( I(obc ys. 1. Przebiegi: napięcia zasilającego U 1, napięcia na uzwojeniu wtórnym U oraz napięcia na obciążeniu U o (u góry, prądu strony pierwotnej i 1 i wtórnej i oraz prądu obciążenia i obc (u dołu. Zmiana znau napięcia zasilającego następuje po przejściu prądu pierwotnego przez zero f < f r. Parametry uładu symulacyjnego: 1r = nf; =.5 mh; =.8; o = 1 mf; o = 5 Ω

14 16 A. Moradewicz u V(zas V(D1:1,N11319 V(obc:1,obc: 4 - SE>> i 19.97ms ms 19.98ms ms 19.99ms ms.ms I(1 -I( I(obc ys. 13. Przebiegi: napięcia zasilającego U 1, napięcia na uzwojeniu wtórnym U oraz napięcia na obciążeniu U o (u góry, prądu strony pierwotnej i 1 i wtórnej i oraz prądu obciążenia i obc (u dołu. Zmiana znau napięcia zasilającego następuje przed przejściem prądu pierwotnego przez zero f > f r. Parametry uładu symulacyjnego: 1r = nf; =.5 mh; =.8; o = 1 mf; o = 5 Ω 3.. Kondensator rezonansowy dołączony do strony pierwotnej i wtórnej transformatora Kompensacja szeregowo szeregowa r1 r D A o obciążenie o ys. 15. System bezprzewodowego przesyłu energii z ondensatorami rezonansowymi po stronie pierwotnej i wtórnej

15 Transformatorowe systemy bezprzewodowego przesyłu energii BPE V(zas V(D1:1,N11319 V(obc:1,obc: u 4 - SE>> i 19.97ms ms 19.98ms ms 19.99ms ms.ms I(1 -I( I(obc ys. 16. Przebiegi: napięcia zasilającego U 1, napięcia wejściowego mosta diodowego U oraz napięcia na obciążeniu U o (u góry, prądu strony pierwotnej i 1 i wtórnej i oraz prądu obciążenia i obc (u dołu. Zmiana znau napięcia zasilającego następuje w chwili przejścia przez zero prądu pierwotnego f = f r. Parametry uładu symulacyjnego: 1r = 1.13 nf; r = nf; =.3 mh; =.8; o = 1 mf; o = 5 Ω u V(zas V(D1:1,N11319 V(obc:1,obc: 4.. i -. SE>> 19.97ms ms 19.98ms ms 19.99ms ms.ms I(1 -I( I(obc ys.17. Przebiegi: napięcia zasilającego U 1, napięcia wejściowego mosta diodowego U oraz napięcia na obciążeniu U o (u góry, prądu strony pierwotnej i 1 i wtórnej i oraz prądu obciążenia i obc (u dołu. Zmiana znau napięcia zasilającego następuje w chwili przejścia przez zero prądu pierwotnego f = f r. Parametry uładu symulacyjnego: 1r = 1.13 nf; r = nf; =.3 mh; =.8; o =1 mf; o = 1 Ω

16 164 A. Moradewicz u -1 V(zas V(D1:1,N11319 V(obc:1,obc: i SE>> ms ms 19.98ms ms 19.99ms ms.ms I(1 -I( I(obc ys.18. Przebiegi: napięcia zasilającego U 1, napięcia wejściowego mosta diodowego U oraz napięcia na obciążeniu U o (u góry, prądu strony pierwotnej i 1 i wtórnej i oraz prądu obciążenia i obc (u dołu. Zmiana znau napięcia zasilającego następuje po przejściu prądu pierwotnego przez zero f < f r. Parametry uładu symulacyjnego: 1r = 1.13 nf; r = nf; =.3 mh; =.8; o = 1 mf; o = 5 Ω u V(zas V(D1:1,N11319 V(obc:1,obc: -5 i SE>> ms ms 19.98ms ms 19.99ms ms.ms I(1 -I( I(obc ys. 19. Przebiegi: napięcia zasilającego U 1, napięcia wejściowego mosta diodowego U oraz napięcia na obciążeniu U o (u góry, prądu strony pierwotnej i 1 i wtórnej i oraz prądu obciążenia i obc (u dołu. Zmiana znau napięcia zasilającego następuje przed przejściem prądu pierwotnego przez zero f > f r. Parametry uładu symulacyjnego: 1r = 1.13 nf; r = nf; =.3 mh; =.8; o = 1 mf; o = 5 Ω

17 Transformatorowe systemy bezprzewodowego przesyłu energii BPE Kompensacja szeregowo równoległa ys.. System bezprzewodowego przesyłu energii z ondensatorami rezonansowymi po stronie pierwotnej i wtórnej. Kompensacja szeregowo równoległa u V(zas V(D1:1,N11319 V(obc:1,obc: i SE>> ms ms 19.98ms ms 19.99ms ms.ms I(1 -I( I(obc ys. 1. Przebiegi: napięcia zasilającego U 1, napięcia wejściowego mosta diodowego U oraz napięcia na obciążeniu U o (u góry, prądu strony pierwotnej i 1 i wtórnej i oraz prądu obciążenia i obc (u dołu. Zmiana znau napięcia zasilającego następuje w chwili przejścia przez zero prądu pierwotnego f = f r. Parametry uładu symulacyjnego: 1r = 1.13 nf; r = nf; =.3 mh; =.8; o = 1 mf; o = 5 Ω

18 166 A. Moradewicz u SE>> V(zas V(D1:1,N11319 V(obc:1,obc: i ms ms 19.98ms ms 19.99ms ms.ms I(1 -I( I(obc ys.. Przebiegi: napięcia zasilającego U 1, napięcia wejściowego mosta diodowego U oraz napięcia na obciążeniu U o (u góry, prądu strony pierwotnej i 1 i wtórnej i oraz prądu obciążenia i obc (u dołu. Zmiana znau napięcia zasilającego następuje po przejściu prądu pierwotnego przez zero f < f r. Parametry uładu symulacyjnego: 1r = 1.13 nf; r = nf; =.3 mh; =.8; o = 1mF; o = 5 Ω u V(zas V(D1:1,N11319 V(obc:1,obc: 1-1 SE>> i 19.97ms ms 19.98ms ms 19.99ms ms.ms I(1 -I( I(obc ys.3. Przebiegi: napięcia zasilającego U 1, napięcia wejściowego mosta diodowego U oraz napięcia na obciążeniu U o (u góry, prądu strony pierwotnej i 1 i wtórnej i oraz prądu obciążenia i obc (u dołu. Zmiana znau napięcia zasilającego następuje przed przejściem prądu pierwotnego przez zero f > f r. Parametry uładu symulacyjnego: 1r = 1.13 nf; r = nf; =.3 mh; =.8; o = 1 mf; o = 5 Ω

19 Transformatorowe systemy bezprzewodowego przesyłu energii BPE ZAKOŃZENIE W artyule przedstawione zostały wybrane wynii badań symulacyjnych uładu BPE, dla trzech spośród dziewięciu możliwych głównych ombinacji ompensacji inducyjności rozproszenia: ompensację szeregową z ondensatorem po stronie pierwotnej transformatora, ompensację szeregowo szeregową z ondensatorami rezonansowymi po obu stronach transformatora oraz ompensację szeregowo równoległą. Istnieją również inne ombinacje realizacji systemów BPE, jednaże w pracy założono, że przeształtni zasilający to falowni napięcia, pracujący w warunach ZS (ang. zero current switching. Eliminuje to możliwość zastosowań uładów z ondensatorem przyłączonym równolegle do strony pierwotnej. Na podstawie przedstawionych wyniów można zauważyć, ja duża jest wrażliwość systemu BPE przy pracy z częstotliwością inną niż założona częstotliwość rezonansowa. Związane jest to ze znacznym wzrostem impedancji systemu i obniżeniem wartości przenoszonej mocy. Zmniejszenie wartości impedancji falowej uładu w stosunu do rezystancji obciążenia ma nieorzystny wpływ na przesył energii w systemie, powodując zwięszenie przesunięcia fazowego napięcia i prądu strony wtórnej względem przebiegów po stronie pierwotnej transformatora. Powoduje to wzrost prądu magnesującego tym samym zwięszenie strat przewodzenia oraz generowanie załóceń eletromagnetycznych. ITEATUA 1. Hirai J., T. W. Kim, Kawamura A.: Study on intelligent battery charging using inductive transmission of power and information. IEEE TANSATIONS ON POWE EETONIS vol. 15, no., march.. Piróg S., Stala., Gąsiore S.: Bezstyowe zasilanie ruchomych, separowanych odbiorniów energii eletrycznej, Przegląd Eletrotechniczny. XXIX 5/3 3. A. Moradewicz: Problemy realizacji uładów zasilania bezprzewodowego Seminarium Nauowe, Instytut Eletrotechnii 3 4. h. S. Wang, G. A. ovic, O. H. Stielau : Power transfer capability and bifurcation phenomena of loosely coupled inductive power transfer systems. IEEE TANSATIONS ON INDUSTIA EETONIS, vol. 51, no. 1, February 4 ęopis dostarczono, dnia r. Opiniował: prof. dr hab. inż. Marian P. Kaźmierowsi

20 168 A. Moradewicz SIMUATION STUDY OF WIEESS ENEGY TANSMISSION SYSTEMS Artur MOADEWIZ ABSTAT This paper describes the theoretical analysis of wireless energy transmission system, build on the two halves pot cores transformer where any halve have own windings. The rotatable pot core transformer can wor lie slip rings to ensure minimum reluctance for the magnetic flux path and increasing the coupling coefficient between the primary and secondary side, in this case the system can be named as wireless energy transmission system. ompensation the leaage inductance is realized through adding the resonant capacitance to the primary and secondary windings of the transformer. The basic topologies for primary and secondary compensations are presented and compared. To consider the problem of selections resonant circuit and its parameters and achieve the maximum power delivered to the load with minimum VA rating of the power supply, the mathematical model combined the primary and secondary side is developed and the total impedance seen by the power supply is described. Mgr inż. Artur Moradewicz urodził się w 1976 r. w ejowcu Fabrycznym. W 1 rou uończył studia na Wydziale Eletrycznym Politechnii ubelsiej uzysując dyplom mgr inż. eletrya ze specjalnością automatya napędu eletrycznego. Od sierpnia 1 rou pracuje w Instytucie Eletrotechnii w Załadzie Eletrycznych Napędów Obrabiarowych. Zajmuje się projetowaniem i budową uładów sterowania i zasilania dla napędów eletrycznych i energoeletronicznych uładów przeształtniowych.