Bateryjny, bezprzewodowy układ zasilania z systemem dwukierunkowego przesyłu energii przystosowany do pracy w podziemiach kopalń

• Autorzy: Worek C. , Krzak Ł.

Warianty tytułu

EN

Battery wireless power supply unit with a bidirectional energy transmission system suitable for operation in mining undergrounds

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaprezentowano wyniki prac realizowanych w Akademii Górniczo- Hutniczej, których głównym celem jest skonstruowanie nowoczesnego i ekonomicznego rozwiązania bateryjnego układu zasilania z systemem dwukierunkowego bezprzewodowego przesyłu energii, przystosowanego do pracy w przestrzeniach zagrożonych wybuchem i umożliwiającego budowę wysokosprawnych układów zasilających. Istotą prezentowanych rozwiązań jest platforma sprzętowa, umożliwiająca dwukierunkowy bezprzewodowy przesył energii o sprzężeniu indukcyjnym w zakresie średnich częstotliwości (od 50 kHz do 300 kHz) i z wysoką sprawnością (przy przerwie izolacyjnej 4 mm, osiągana sprawność całkowita od baterii do obciążenia wynosi powyżej 72%) i wykorzystanie jej do budowy układów zasilania. Dodatkowo proponowane rozwiązania będą dedykowane do pracy w bardzo trudnych warunkach środowiskowych oraz w systemach o podwyższonym stopniu niezawodności. Przedstawiony bateryjny układ zasilania z systemem dwukierunkowego bezprzewodowego przesyłu energii, przystosowany do pracy w przestrzeniach zagrożonych wybuchem, umożliwi realizację wielu specyficznych aplikacji. W proponowanym rozwiązaniu bateria dostarcza energię w sposób bezprzewodowy do odbiornika, jak i w sposób bezprzewodowy jest również ładowana. Brak jakichkolwiek styków mechanicznych podwyższa niezawodność oraz stopień bezpieczeństwa eksploatowanych urządzeń, co osiągnięto między innymi poprzez znaczne zmniejszenie wartości prądów zwarcia w odniesieniu do klasycznego iskrobezpiecznego źródła bateryjnego w stosunku nawet 1 do 5. Ułatwi to znacząco serwis i obsługę oraz pozwoli podnieść efektywność wykorzystania urządzeń zasilanych bateryjnie w górnictwie podziemnym. Przewidywane wdrożenie opracowanych systemów zasilania, modułów baterii bezstykowej i ładowarek, mogących pracować zarówno na powierzchni jak i pod ziemią, pozwoli rozwijać innowacyjne rozwiązania oraz udostępni wysokosprawne i wydajne źródła bateryjne dla branży górniczej.

EN

The paper presents results of a project carried out at the AGH University of Science and Technology. The objective of the project was to construct a modern and economic battery power supply unit basing on a bidirectional wireless energy transmission system that would be suitable for operation in explosion hazardous zones and that would facilitate construction of high-efficiency power supply systems. The key component of the presented solution is an equipment platform which facilitates bidirectional wireless energy transmission with an inductive coupling within a medium frequencies range (from 50 kHz up to 300 kHz) and with high efficiency (at an isolating clearance of 4 mm, the total efficiency comes to over 72%). The platform can be used as a component of power supply systems. Furthermore, the solution is adapted to operation under extremely hard environmental conditions and within systems of increased level of reliability. The presented battery power supply unit basing on a bidirectional wireless energy transmission system suitable for operation in explosion hazardous zones will make it possible to carry out many specific applications. The battery being a part of the presented solution secures wireless supply of energy to a receiver and it is charged wirelessly. Absence of any contacts positively affects reliability and safety level of the equipment. This has been accomplished by significant reduction of the value of short-circuit currents in comparison to a typical intrinsically safe battery power supplier in relation even 1:5 respectively. This will signi5cantly simplify the maintenance and service works and will let increase the effectiveness of equipment supplied from battery in underground mining. The implementation of the developed power supply systems and modules of contactless battery and chargers that can operate both on the surface as well as underground will positively impact development of innovative solutions and will grant an access to a high ef6ciency battery power supply unit to the mining industry.

Słowa kluczowe

PL

bateryjny układ zasilania; kopalnie

EN

baterry power supply unit; mines

• Wydawca: Instytut Technik Innowacyjnych EMAG
• Czasopismo: Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 50, nr 5
• Strony: 11--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Worek C.

autor

Krzak Ł.

• Akademia Górniczo-Hutnicza Katedra Elektroniki

Bibliografia

• 1. Kurs A., Moffatt R., Soljacić M.: 2010 “Simultaneous mid-range power transfer to multiple devices”, 26 January 2010, Applied Physics Letters 96, 044102 (2010).
• 2. http://software.intel.com/en-us/videos/wireless-resonantenergy-link-wreldemo/.
• 3. Miśkiewicz R., Moradewicz A.: 2009, „Bezstykowe zasilanie komputerów przenośnych”, Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), ISSN 0033-2097, r. 85 nr 3/2009.
• 4. Moradewicz A.: 2006, „Transformatorowe systemy bezprzewodowego przesyłu energii BPE - studia symulacyjne”, prace Instytutu Elektrotechniki Politechniki Warszawskiej, zeszyt 226, 2006.
• 5. Artykuł redakcyjny 2009, „Bezprzewodowe zasilanie urządzeń elektronicznych”, Elektronik, 09-2009 str. 62.
• 6. Piróg S., Stala R., Gąsiorek S.: „Bezstykowe zasilanie ruchomych, separowanych odbiorników energii elektrycznej”, Przegląd Elektrotechniczny, 2003 R. 79 nr 5 s. 326-333., 2003 R. 79 nr 6 s. 410-414.
• 7. Xun Liu, S. Y. (Ron) Hui, “Optimal Design of a Hybrid Winding Structure for Planar Contactless Battery Charging Platform”, IEEE Transactions On Power Electronics, vol. 23, no. 1, January 2008 p.455.
• 8. Mecke R., Rathge C., Ecklebe A., Lindemann A. 2007, “Bidirectional switches for matrix converter in contactless energy transmission systems”, EPE 2005, Dresden LJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security, VOL.7 No. 5, May 2007.
• 9. Cieśla T., Kaczmarczyk Z., Stępień M., Kustosz R., Grzesik B.: 2010, Prototyp układu bezprzewodowej transmisji energii elektrycznej, Pomiary Automatyka Kontrola, nr 8 2010 str. 922-925.
• 10. Kazimierczuk M.: ”High-Frequency Magnetic Components Book Description”, John Wiley & Sons, ISBN: 0470714549, New York, 2009.
• 11. Worek C.: Zgłoszenie Patentowe, P 381975, 2007-03-14, „Sposób bezkontaktowego transferu energii elektrycznej i układ bezkontaktowego transferu energii elektrycznej”.
• 12. Worek C., Maślanka R.: Zgłoszenie patentowe: Zintegrowany moduł reaktancyjny, C, Urząd Patentowy RP, 2009-12-14, P-389 907,12/2009.
• 13. http://www.wsn.agh.edu.pl/q=pl/bateria&page--0%2C0.
• 14. Judek S., Karwowski K.: „Bezstykowe zasilanie pojazdów trakcyjnych”, XI Ogólnopolska Konferencja Naukowa SEMTRAK 2004 i III Szkoła Kompatybilności Elektromagnetycznej w Transporcie, Kraków-Zakopane 2004.