Nvrh topolgie VPS pre bezdrtov prenos elektrickej energie s vkonom do 50W

Autor: Bc. Matej Darila

Vedci DP: doc. Ing. Michal Frivaldsk, PhD.

2013/2014 1

Pokyny

Analza sasnho stavu rieenia hlavnho obvodu systmu pre bezdrtov prenos energie

Voba optimlneho rieenia pre dosiahnutie zadanch parametrov systmu z hadiska innosti a vzdialenosti prenosu

Nvrh a simulan overenie vysielacej a prijmacej asti systmu

Kontrukcia a experimentlne overenie navrhnutho systmu

KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY - ELEKTROTECHNICK FAKULTA - ILINSK UNIVERZITA 2

Bezdrtov prenos EE

Je to prenos EE zo zdroja do zae bez pouitia fyzickho vodia.

Odliuje sa od bezdrtovho telekomunikanho prenosu

Je to perspektvna metda prenosu

KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY - ELEKTROTECHNICK FAKULTA - ILINSK UNIVERZITA 3

Monosti prenosu

KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY - ELEKTROTECHNICK FAKULTA - ILINSK UNIVERZITA 4

Bezdrtov prenos

Elektromagnetickou

Radiciou

(vzdialen pole)

Mikrovlnn prenos

Prenos laserom

Elektromagnetickou

Indukciou

(blzke pole)

Elektrostatickou indukciou

Elektromagnetickou indukciou

Magnetick rezonancia

KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY - ELEKTROTECHNICK FAKULTA - ILINSK UNIVERZITA 5

Dleit parametre

Vzjomn induknos

2

0(1. 2)212

3

inite kvality cievky/rezonannho obvodu

=

=

KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY - ELEKTROTECHNICK FAKULTA - ILINSK UNIVERZITA 6

Typ rezonannho obvodu

KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY - ELEKTROTECHNICK FAKULTA - ILINSK UNIVERZITA 7

Nepriame napjanie -vysok inite Q -nronejia vroba -prenos na viu vzdialenos

Priame napjanie -lepia kontrola pri vrobe -vie straty -monos doladenia rezonannej frekvencie

Zkladn topolgie

a) S-S b) P-S c) S-P d) P-P

KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY - ELEKTROTECHNICK FAKULTA - ILINSK UNIVERZITA 8

Vber topolgie

Podmienka rezonancie = 0

KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY - ELEKTROTECHNICK FAKULTA - ILINSK UNIVERZITA 9

Blokov schma

KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY - ELEKTROTECHNICK FAKULTA - ILINSK UNIVERZITA 10

Obvodov schma

KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY - ELEKTROTECHNICK FAKULTA - ILINSK UNIVERZITA 11

C1

220u

0 00

0

0

-+

+

-

E1

E

-+

+

-

E2

E

0

0

Rg1

4.7

Rg2

4.7

T1IRF840

T2IRF840

L1

9.34u-{R}

M {R}

L3

9.34u-{R}

C22

33n

C12

33n

RL

8

R2

1m

R1

1m Cout

70u

STPS10H100CT

D2

A1

A2

K

STPS10H100CT

D1

A1

A2

K

STPS10H100CT

D3

A1

A2

K

STPS10H100CT

D4

A1

A2

K

V5

TD = {PER/2}

TF = 9nPW = {PER/2-100n}PER = {PER}

V1 = -5

TR = 21n

V2 = 15

V4

TD = 0

TF = 9nPW = {PER/2-100n}PER = {PER}

V1 = -5

TR = 21n

V2 = 15

PARAMETERS:

PER = 3.447u

R = 3.4470u

Z = 8

V1

100

Simulcie frekvenn analza

KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY - ELEKTROTECHNICK FAKULTA - ILINSK UNIVERZITA 12

R1

0.1

R2

0.1

L1

9.34u-{R}

L2

9.34u-{R}

L3

{R}

C1

33n

C2

33n

R3

8

0

PARAMETERS:

R = 17n

S

V2Implementation = SINE

V31

0Vdc

Experimentlna as

Vber vhodnho typu napjania

Zdroj Uin, typ spnacch tranzistorov

Vber vhodnho typu kondenztora

Typ, vekos, zapojenie

Kontrukcia vysielacej/prijmacej cievky

Rozmery, kladen poiadavky

Nvrh zae

Typ, vekos

KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY - ELEKTROTECHNICK FAKULTA - ILINSK UNIVERZITA 13

Experimentlna as cievka

Lvyp=9,34uH

Qvyp=94,7 (100kHz)

Lvys=9,57uH

Qvys=69 (100kHz)

Lpri=9,12uH

Qpri=59 (100kHz)

N=6, D=185mm, NLW=32

KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY - ELEKTROTECHNICK FAKULTA - ILINSK UNIVERZITA 14

Experimentlna as - vsledky

KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY - ELEKTROTECHNICK FAKULTA - ILINSK UNIVERZITA 15

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

0 5 10 15 20 25

d [cm]

=f(d)

Simulcia

Meranie

Experimentlna as - vsledky

Maximlny prenesen vkon pri 5 cm

Vstupn parametre

Uin=99,9V Iin=0,68A

Pin=67,93W

Vstupn parametre

Umout = 27,92V Imout = 3,43A

Pout = 47,88W

= 70,5%

KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY - ELEKTROTECHNICK FAKULTA - ILINSK UNIVERZITA 16

Odporania pre prax

Vyetrenie vyarovania jednotlivch tvarov cievky

Vyetrenie vplyvu na udsk organizmus

Nvrh vhodnej zdrojovej asti, riadenia, vstupnho menia

KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY - ELEKTROTECHNICK FAKULTA - ILINSK UNIVERZITA 17

akujem za pozornos

KATEDRA MECHATRONIKY A ELEKTRONIKY - ELEKTROTECHNICK FAKULTA - ILINSK UNIVERZITA 18