ОЦІНКА ТОЧНОСТІ МОДЕЛІ ДВОШАРОВОЇ КОТУШКИ ІНДУКТИВНОСТІ ДЛЯ БЕЗДРОТОВОЇ ПЕРЕДАЧІ ЕНЕРГІЇ ЗА ДОПОМОГОЮ МЕТОДУ СКІНЧЕНИХ ЕЛЕМЕНТІВ
Ключові слова:
бездротова передача енергії, індуктивна передача енергії, геометрія котушки, магнітний потік, форма осердя, екранування, моделювання методом скінчених елементів, двошарова котушкаАнотація
Актуальність теми дослідження. Ця тема є актуальною у зв’язку зі зростаючим попитом та інтересом до бездротових зарядних пристроїв з боку дослідників та користувачів.
Постановка проблеми. У процесі розробки систем бездротової передачі енергії дослідникам потрібно проектувати котушки індуктивності з різною точністю параметрів відповідно до поставлених завдань. Тому необхідно знати, наскільки точно можна розробити модель котушки індуктивності в одному з популярних пакетів.
Аналіз останніх досліджень і публікацій. Були розглянуті останні публікації про різні програми, що використовуються для моделювання електромагнітних процесів. З джерел про будову котушок індуктивності зібрано необхідну інформацію для аналізу й порівняння.
Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Досі не було зібрано та узагальнено у зручному для порівняння вигляді інформацію про різні структури, будову і складові котушок індуктивності для бездротової передачі енергії. Питанню точності моделей котушок індуктивності у програмах, що ґрунтуються на методі скінчених елементів, також не приділялось достатньо уваги.
Постановка завдання. Основне завдання полягає в оцінці точності моделювання двох однакових двошарових котушок для бездротової передачі електроенергії у відповідній програмі за методом скінчених елементів.
Виклад основного матеріалу. Проведено аналіз структури індуктивностей, а саме геометрії обмотки, форми й матеріалу феритового осердя та його ролі екранування електромагнітного поля та направлення потоку магнітної індукції на значення індуктивності. Розроблено та запропоновано спрощену модель індуктивності й визначено її електромагнітні параметри.
Висновки відповідно до статті. Підтверджено результати моделювання двошарових котушок, чим доведено, що ANSYS EM Suite є точним та надійним інструментом і навіть спрощені моделі індуктивностей цілком задовольняють вимоги інженерів та дослідників.
Посилання
Kan T., Nguyen T., White J. C., Malhan R. K., Mi C. C. A New Integration Method for an Electric Vehicle Wireless Charging System Using LCC Compensation Topology: Analysis and Design. I17 Transactions on Power Electronics. Feb. 2017. Vol. 32, no. 2. Р. 1638-1650.
Bosshard R., Kolar J. W., Wunsch B. Accurate finite-element modeling and experimental verification of inductive power transfer coil design. I17 Applied Power Electronics Conference and Exposition - APEC 2014. Fort Worth. 2014. TX. Р. 1648-1653.
Knaisch K., Springmann M., Gratzfeld P. Comparison of coil topologies for inductive power transfer under the influence of ferrite and aluminum. 2016 Eleventh International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER). Monte Carlo, 2016. Р. 1-9.
Dai Z., Wang J., Long M., Huang H. A. Witricity-Based High-Power Device for Wireless Charging of Electric Vehicles. Energies. 2017. № 10. Р. 323.
Ongayo D., Hanif M. Comparison of circular and rectangular coil transformer parameters for wireless Power Transfer based on Finite Element Analysis. I17 13th Brazilian Power Electronics Conference and 1st Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC). Fortaleza, 2015. Р. 1-6.
Bosshard R., Kolar J. W., Mьhlethaler J., Stevanović I., Wunsch B., Canales F. Modeling and η-α-Pareto Optimization of Inductive Power Transfer Coils for Electric Vehicles. I17 Journal of Emerging and Selected Topics in PowerElectronics. March 2015. Vol. 3, no. 1. Р. 50-64.
Valtchev S., Borges B., Brandisky K., Klaassens J. B. Resonant Contactless Energy Transfer With Improved Efficiency. I17 Transactions on Power Electronics. March 2009. Vol. 24, no. 3. Р. 685-699.
Nicolay P., Lenzhofer M. A Wireless and Passive Low-Pressure Sensor. Sensors. 2014. № 14. Р. 3065-3076.
Tan L., Li J., Chen C., Yan C., Guo J., Huang X. Analysis and Performance Improvement of WPT Systems in the Environment of Single Non-Ferromagnetic Metal Plates. Energies. 2016. № 9. Р. 576.
Bosshard R., Muhlethaler J., Kolar J. W., Stevanovic I. Optimized magnetic design for inductive power transfer coils. Proc. 28th APEC. 2013. Р. 1812–1819.
Zaheer A., Hao H., Covic G. A., Kacprzak D. Investigation of Multiple Decoupled Coil Primary Pad Topologies in Lumped IPT Systems for Interoperable Electric Vehicle Charging. I17 Transactions on Power Electronics. April 2015. Vol. 30, no. 4. Р. 1937-1955.
Chen W., Liu C., Lee C. H., Shan Z. Cost-Effectiveness Comparison of Coupler Designs of Wireless Power Transfer for Electric Vehicle Dynamic Charging. Energies. 2016. № 9. Р. 906.
Zuo P., Wu X., Li W., Liu W. Design of wireless energy transfer system based on coupled magnetic resonances. I17 International Conference on Aircraft Utility Systems (AUS). Beijing, 2016. Р. 527-532.
Zahid Z. U. et al. Design and control of a single-stage large air-gapped transformer isolated battery charger for wide-range output voltage for EV applications. I17 Energy Conversion Congress and Exposition. Denver, CO, 2013. Р. 5481-5487.
Shevchenko V., Karlov O., Husev O., Kondratenko I., Pakhaliuk B. Coil Design for Wireless Power Transfer with Series-Parallel Compensation. I17 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). July, 2019.
Cho J., Sun J., Kim H., Fan J., Lu Y., Pan S. Coil design for 100 KHz and 6.78 MHz WPT system :Litz and solid wires and winding methods. I17 International Symposium on Electromagnetic Compatibility & Signal/Power Integrity (EMCSI). Washington, DC, 2017. Р. 803-806.
Knaisch K., Gratzfeld P. Comparison of magnetic couplers for inductive electric vehicle charging using accurate numerical simulation and statistical methods. 5th International Electric Drives Production. 2015. Р. 1-10.
Patil D., McDonough M. K., Miller J. M., Fahimi B., Balsara P. T. Wireless Power Transfer for Vehicular Applications: Overview and Challenges. I17 Transactions on Transportation Electrification. March 2018. Vol. 4, no. 1. Р. 3-37.
Kim J.et al. Coil Design and Shielding Methods for a Magnetic Resonant Wireless Power Transfer System. Proceedings of the I17. June 2013. Vol. 101, no. 6. Р. 1332-1342.
##submission.downloads##
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Чернігівський національний технологічний університет, 2015
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
