Realizacja systemu bezprzewodowego przesyła energii na zasadzie sprzężenia pojemnościowego

• Autorzy: Kaczmarczyk Zbigniew , Kasprzak Marcin , Lasek Paweł , Przybyła Krzysztof , Skóra Marcin , Stankiewicz Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.03.05

Warianty tytułu

EN

Implementation of a wireless energy transfer system based on capacitive coupling

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł dotyczy projektu, opracowania i analizy właściwości prototypu systemu bezprzewodowego przesytu energii elektrycznej na zasadzie sprzężenia pojemnościowego. System przeznaczony jest do ciągłego doładowywania podwieszanej kolejki górniczej. W jego skład wchodzą: falownik rezonansowy, obwody dopasowujące strony pierwotnej i wtórnej, odpowiedni sprzęg pojemnościowy oraz prostownik z obciążeniem – docelowo ładowarka baterii mobilnego zasobnika energii. Zapewniono pożądane napięcie wyjściowe (330 V) i moc wyjściową (2 kW) przy często-tliwości pracy 300 kHz, uzyskując sprawność całkowitą 88% oraz nie przekraczając poziomu 3 kV przez napięcia skuteczne na elementach biernych.

EN

The article deals with the design, development and analysis of the properties of a prototype of a wireless power transfer system based on capacitive coupling. The system is designed for continuous charging of the suspended mining railway. It consists of: a resonant inverter, primary and secondary matching circuits, a suitable capacitive coupler and a rectifier with a load – ultimately a battery charger for a mobile energy storage device. The desired output voltage of 330 V and the output power of 2 kW at the operating frequency of 300 kHz were obtained, achieving a total efficiency of 88% and not exceeding the level of 3 kV by RMS voltages on passive components.

Słowa kluczowe

PL

obwód rezonansowy; bezprzewodowy przesył energii; sprzężenie pojemnościowe; projektowanie; pomiar

EN

resonant circuit; wireless energy transfer; capacitive coupling; design; measurement

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 3
• Strony: 25--31
• Opis fizyczny: ibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kaczmarczyk Zbigniew

• Politechnika Śląska, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki, ul. B. Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice

• https://orcid.org/0000-0002-4654-2214

autor

Kasprzak Marcin

• Politechnika Śląska, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki, ul. B. Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice

• https://orcid.org/0000-0001-7811-8330

autor

Lasek Paweł

• Politechnika Śląska, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki, ul. B. Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice

• https://orcid.org/0000-0002-2508-1893

autor

Przybyła Krzysztof

• Politechnika Śląska, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki, ul. B. Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice

• https://orcid.org/0000-0002-2839-529X

autor

Skóra Marcin

• Instytut Techniki Górniczej KOMAG, ul. Pszczyńska 37, 44-101 Gliwice

• https://orcid.org/0000-0001-9564-6629

autor

Stankiewicz Krzysztof

• Instytut Techniki Górniczej KOMAG, ul. Pszczyńska 37, 44-101 Gliwice

• https://orcid.org/0000-0003-2499-4436

Bibliografia

• [1] Dai J., Ludois D., A survey of wireless power transfer and a critical comparison of inductive and capacitive coupling for small gap applications, IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, no. 11 (2015), 6017-6029
• [2] Karagozler M. E., Goldstein S. C., Ricketts D. S., Analysis and modeling of capacitive power transfer in microsystems, IEEE Trans. Circuit Syst. I, vol.59, no.7 (2012) 1557-1566
• [3] Hui S. Y. R., Ho W. W. C., A new generation of universal contactless battery charging platform for portable consumer electronic equipment, IEEE Trans. Power Electron., vol. 20, no. 3 (2005), 620-627
• [4] Hu A. P., Liu C., Li H. L., A novel contactless battery charging system for soccer playing robot, in Proc. Int. Conf. Mechatronics Mach. Vis. Pract., Auckland, New Zealand (2008), 646-650
• [5] Lu F., Zhang H., Hofmann H., Mi C., A double-sided LCLC-compensated capacitive power transfer system for electric vehicle charging, IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, no. 11 (2015), 6011-6014
• [6] Zhang H., Lu F., Hofmann H., Liu W., Mi C., A four-plate compact capacitive coupler design and LCL-compensated topology for capacitive power transfer in electric vehicle charging application, IEEE Trans. Power Electron., vol. 31, no. 12 (2016), 8541-8551
• [7] Lu F., Zhang H., Mi C., A two-plate capacitive wireless power transfer system for electric vehicle charging applications, IEEE Trans. Power Electron., vol. 33, no. 2 (2018), 964-969
• [8] Sinha S., Kumar A., Regensburger B., Afridi K. K., A new design approach to mitigating the effect of parasitics in capacitive wireless power transfer systems for electric vehicle charging, IEEE Trans. Transp. Electrific., vol. 5, no. 4 (2019), 1040-1059
• [9] Vu V. -B., Dahidah M., Pickert V., Phan V. -T., An Improved LCL-L Compensation Topology for Capacitive Power Transfer in Electric Vehicle Charging, in IEEE Access, vol. 8 (2020), 27757-27768
• [10] Panchal C., Stegen S., Lu J., Review of static and dynamic wireless electric vehicle charging system, Eng. Sci. Technol., Int. J., vol. 21, no. 5 (2018), 922-937
• [11] Lu F., Zhang H., Hofmann H., Mi C., A double-sided LC-compensation circuit for loosely coupled capacitive power transfer, IEEE Trans. Power Electron., vol. 33, no. 2 (2018), 1633-1643
• [12] Erel M. Z., Bayindir K. C., Aydemir M. T., Chaudhary S. K., Guerrero J. M., A comprehensive review on wireless capacitive power transfer technology: fundamentals and applications, in IEEE Access, vol. 10 (2022), 3116-3143
• [13] Deja P., Skóra M., Stankiewicz K., Tokarczyk J., Kasprzak M., Kaczmarczyk Z., Hildebrandt R., Wireless energy transfer system for use in underground mining, Acta Montanistica Slovaca, vol. 27 (1) (2022), 267-280

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).