Efficient wireless power transmission system

Abstract

The work focuses on wireless power transfer for electric vehicle charging stations. The aim of the study is to analyse the processes in the system of wireless magnetic resonance transmission of electrical energy using magnetic fields and to develop approaches to improve the efficiency of such systems. The set objectives were achieved by solving the following problems: the operation of the wireless power transmission system with a resonance-tuned transmission coil, the determination of the optimal energy parameters of wireless power transmission on the example of a magnetically coupled system with a series-sequential resonant circuit. The main results of the study are as follows: it is shown that the necessary condition for obtaining the maximum power in the receiver is not only the tuning to the resistance of the receiving coil, but also the inclusion of the receiving circuit to a certain active load resistance, depending on the coupling coefficient between the transmitting and receiving coils, and analytical expressions are obtained, by means of which it is possible to calculate the load resistance at which the considered power transmission system has the maximum efficiency; it is proved that the transmission efficiency of the series-sequential resonant circuit is maximum in the single resonance mode and depends on the coupling coefficient. Significance of the obtained results: It is proved that magnetic resonance transmission of electric energy in the case of series-sequential scheme of wireless power transmission is more effective in comparison with series-parallel, at frequencies not exceeding 100 kHz, which has a positive effect on the operation of charging stations for electric vehicles in an urban industrial environment and, as a result, on solving the problem of compliance of such systems with electromagnetic compatibility requirements.

Lucrarea se concentrează pe transmisia de energie fără fir pentru stațiile de încărcare a vehiculelor electrice. Scopul studiului este de a analiza procesele din sistemul de rezonanță magnetică transmisie fără fir a energiei electrice folosind câmpuri magnetice și de a dezvolta abordări pentru îmbunătățirea eficienței unor astfel de sisteme. Obiectivele stabilite au fost atinse prin rezolvarea următoarelor probleme: modul de funcționare a sistemului de transmisie fără fir de putere cu o bobină de transmisie reglată prin rezonanță, parametrii optimi de energie ai transferului de energie fără fir au fost determinați pe exemplul unui sistem cuplat magnetic cu un circuit rezonant secvenţial în serie. Cele mai importante rezultate ale studiului sunt următoarele: se arată că condiția necesară pentru obținerea puterii maxime în receptor nu este doar reglarea la rezonanța bobinei de recepție, ci și includerea circuitului de recepție la un anumit activ. rezistența la sarcină, în funcție de coeficientul de cuplare dintre bobinele de transmisie și cea de recepție și se obțin expresii analitice, prin intermediul cărora se poate calcula rezistența de sarcină, la care sistemul de transmisie a puterii considerat are randament maxim; este dovedit că randamentul de transmisie al circuitului rezonant serie-secvențial este maxim în modul de rezonanță individuală și depinde de coeficientul de cuplare. Semnificația rezultatelor obținute: s-a dovedit că transmisia prin rezonanță magnetică a energiei electrice în cazul schemei serie-secvențială de transmitere a puterii fără fir, este mai eficientă în comparație cu seria-paralel, la frecvențe care nu depășesc 100 kHz, care are un efect pozitiv. efect asupra funcționării stațiilor de încărcare a vehiculelor electrice într-un mediu industrial urban și, ca urmare, asupra soluționării problemei conformității unor astfel de sisteme cu cerințele de compatibilitate electromagnetică.

Работа посвящена беспроводной передаче энергии для зарядных станций электромобилей. Целью исследования является анализ процессов в системе магнитно-резонансной беспроводной передачи электрической энергии с использованием магнитных полей, и разработка подходов к повышению эффективности работы таких систем. Поставленные цели были достигнуты за счет решения следующих задач: выполнена оценка режима работы системы беспроводной передачи энергии с настроенной в резонанс передающей катушкой, определены оптимальные энергетические показатели беспроводной передачи энергии – коэффициент связи, добротность контура и коэффициент полезного действия (КПД) – на примере магнитно-связанной системы с последовательно-последовательной резонансной схемой. Наиболее важные в ходе исследования результаты: подтверждено, что необходимым условием получения максимальной мощности в приемнике является как настройка в резонанс приемной катушки, так и включение приемного контура на определенное активное нагрузочное сопротивление, зависящее от коэффициента связи между передающей и приемной катушками и получены аналитические выражения, с помощью которых можно рассчитать сопротивление нагрузки, при котором рассматриваемая система передачи энергии имеет максимальный КПД; доказано, что КПД передачи последовательно-последовательной резонансной схемы максимален в режиме индивидуального резонанса и зависит от коэффициента связи (передаваемая мощность максимальна при критической связи, т.е. когда коэффициент связи равен единице, а потери составляют 50%; с повышением параметра связи увеличивается максимально возможное КПД передачи, то есть при связи больше критической в 2 раза КПД передачи достигает 80%, в 4 раза – 95%). Значимость полученных результатов: доказано, что магнитно-резонансная передача электрической энергии при последовательно-последовательной схеме беспроводной передачи энергии, более эффективна по сравнению с последовательно-параллельной, на частотах, не превышающих 100 кГц, это положительно сказывается на работе зарядных станций электромобилей в условиях городской индустриальной среды и, как следствие, на решение проблемы соответствия таких систем требованиям электромагнитной совместимости.