3,3 кВт без проводов!

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Ответить
Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30917
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

3,3 кВт без проводов!

Номер сообщения:#1   morozov » Ср май 09, 2018 21:41

3,3 кВт без проводов! Беспроводные решения WiTricity для передачи большой мощности
17/11/2015 | WiTricity Corporation

Современного человека трудно удивить беспроводными системами передачи энергии. Харвестеры радиоизлучения, беспроводные зарядные устройства, RFID – прочно вошли в нашу жизнь. Мощность этих устройств невелика, но достаточна для питания портативной и малопотребляющей электроники. Создание более мощных беспроводных систем затруднялось низким КПД при передаче энергии. Однако в последнее время разработаны и активно внедряются современные технологии с низкими потерями. Так, например, беспроводные решения от компании WiTricity имеют КПД передающего тракта до 90% и мощность в несколько киловатт.

Принцип передачи энергии посредством электромагнитного взаимодействия хорошо известен. Если на обмотку катушки подать переменное напряжение, то созданное электрическое поле приведет к возникновению переменного магнитного поля. Если вблизи с первой катушкой поместить вторую катушку, то переменное магнитное поле вызовет в ее обмотках переменное электрическое поле (рис. 1). Таким образом, происходит беспроводная передача энергии от одной катушки (катушка передатчика) к другой (катушка приемника).
Изображение

Рис. 1. Передача энергии с помощью ВЧ электромагнитного поля
У такого способа передачи есть недостатки. Чтобы передать мало-мальски значимую мощность, важно обеспечить целый ряд условий. Во-первых, требуется помещать катушки в непосредственной близости друг от друга. Во-вторых, необходимо обеспечить их параллельное расположение. В-третьих, важно помнить и о потерях в сердечниках и проводах.

Из-за сложности выполнения перечисленных требований, КПД беспроводных систем передачи мощности долгое время оставался низким. Большая часть излучаемой энергии уходила в пустоту и рассеивалась в виде тепла в сердечнике и обмотках. Значительно повысить КПД оказалось возможным с помощью резонансных схем. Несмотря на то, что идея витала в воздухе, ее коммерческая реализация состоялась лишь недавно. В 2007 году Марином Солячичем была основана компания WiTricity, использующая одноименную фирменную технологию беспроводной передачи энергии с помощью резонансной системы.

Суть технологии заключается в том, что и передающий, и приемный контур имеют высокую добротность и точное совпадение частот резонансов. В такой системе важную роль играют согласующие цепочки на передающей и на принимающей стороне (рис. 2).
Изображение

Рис. 2. Архитектура резонансной беспроводной системы передачи энергии
Результирующие потери такой системы оказываются чрезвычайно низкими. Так, для существующих решений компании, КПД передающего тракта катушка–катушка достигает 90%!

Технология WiTricity имеет целый ряд преимуществ перед традиционными беспроводными системами передачи мощности:

Широкий диапазон передаваемой мощности до нескольких тысяч Ватт.
Возможность работы даже при значительных расстояниях между передатчиком и приемником. Например, отладочный набор WiT-3300 Development Kit способен передавать до 3,3 кВт на расстояния более 10 см. Это значит, что устройства можно заряжать, не нарушая герметичности корпусов, что чрезвычайно важно для военных и промышленных приложений.
Низкая чувствительность к позиционированию приемника и передатчика.
Возможность одновременной зарядки нескольких устройств.
Все это делает решения WiTricity идеальным выбором для самых различных областей (рис. 3).

Изображение
Рис. 3. Области применения мощных беспроводных систем передачи энергии

Ознакомиться с возможностями технологии WiTricity можно с помощью двух наборов: WiT-5000 и WiT-3300.

WiT-5000 Development Kit– набор разработчика, включающий зарядную платформу с двумя передатчиками мощности (5 Вт каждый), две платы приемника с выходом 12 В, набор соединительных кабелей, а так же всю необходимую документацию для разработки собственных устройств. Система работает с частотой резонанса 6,78 МГц и способна заряжать несколько устройств, расположенных на поверхности зарядной платформы (рис. 4).
Изображение

Рис. 4. Внешний вид 10 Вт системы WiT-5000
Несмотря на то, что зарядная платформа разработана с прицелом на работу в сегменте потребительской электроники и даже специализирована для iPhone5/ 5s (рис. 4), никто не мешает разработчикам применять WiT-5000 для других областей:

Медицина: для зарядки аккумуляторов портативных медицинских устройств (глюкометры, электронные градусники и т.д.);
Промышленность: для зарядки аккумуляторов промышленных герметичных датчиков, раций и маломощных электроприборов (отверток);
Системы освещения: для портативных светильников.

Интересным является тот факт, что платы передатчиков совершенно спокойно можно встраивать в мебель и различные корпуса.

Для разработки собственных принимающих устройств следует воспользоваться программой WiCAD.

WiT-3300 Development Kit – набор разработчика, предназначенный, в первую очередь, для демонстрации возможностей WiTricity для беспроводной зарядки аккумуляторов электроавтомобилей и автомобилей с гибридной силовой установкой. Набор включает в себя передатчик R2.3 с опциональной функцией обнаружения металлических предметов (FOD) и опциональным датчиком подвижных объектов (LOD), приемник R2.3, ВЧ усилитель, ВЧ выпрямитель, соединительные кабели, документацию, руководство пользователя (рис. 5).
Изображение

Рис. 5. Базовые компоненты 3,3 кВт платформы WiT-3300
Система работает на частоте резонанса 85 кГц и способна передавать до 3,3 кВт мощности, имея 90 % КПД передающего тракта катушка-катушка. Зазор между приемником и передатчиком может достигать 20 см, а продольная и осевая точность позиционирования составляют ±7,5 см и ±15 см, соответственно. Этого вполне достаточно для создания беспроводных заправочных электростанций электромобилей. Основными приложениями мощных передатчиков WiTricity являются:

Автомобильная промышленность. Основное применение – беспроводная зарядка батарей электроавтомобилей и автомобилей с гибридными силовыми установками. Сейчас технологии WiTricity используют такие гранды отрасли, как Toyota и Mitsubishi.
Медицинская электроника. В первую очередь следует упомянуть о зарядке аккумуляторов имплантированных систем (например, искусственного сердца). Процесс может происходить без подключения каких-либо проводов или тем более хирургического вмешательства.
Промышленная электроника и техника. Беспроводные датчики, электропогрузчики, кары, электроинструменты – все это потенциальные потребители новой технологии беспроводной передачи энергии.
Системы домашнего и промышленного освещения. В качестве примера стоит привести опыт компании OSRAM, которая использовала технологии WiTricity для создания беспроводных систем светодиодного освещения.
Авиационная и военная электроника. Беспроводные системы передачи мощности будут востребованы для зарядных устройств беспилотных летательных аппаратов, для армейских экзоскелетов, для роботов-саперов и других приложений, требующих высокого уровня герметичности корпуса. Герметизацию таких устройств можно будет произвести всего один раз – при производстве, а в дальнейшем использовать беспроводную зарядку.

Говоря о создании собственных систем на базе технологии WiTricity, следует упомянуть о пакете разработки WiCAD.

WiCAD – программный пакет, позволяющий рассчитать и промоделировать основные параметры системы: параметры приемника и передатчика, характеристики эквивалентной схемы, оптимальные значения согласующих цепочек, токи и напряжения системы. Кроме того, программа дает дополнительные возможности для оценки уровня и распределения электромагнитного излучения.

Процесс разработки с WiCAD состоит из трех этапов: расчет параметров катушек и согласующих цепочек, анализ уровня электромагнитного излучения и его безопасности, создание прототипов и точная настройка.

Нет сомнений, что востребованность мощных беспроводных систем передачи энергии будет в ближайшее время постоянно расти. По этой причине именно сейчас следует уделять большое внимание новейшим разработкам в данной области, таким, например, как технологии WiTricity.

Характеристики WiT-5000 Development Kit:

состав набора: зарядная платформа с входным напряжением 12 В, два шлейфа для подключения iPhone5/5s, платы передатчика мощности (вход 12 В), две платы приемника энергии, соединительные кабели, документация, инструкции, программный код (для лицензирования);
входная мощность: 24 Вт (12 В / 2 А);
выходная мощность: 10 Вт (2x5 Вт), 5 В / 1А;
частота передачи: 6,78 МГц;
площадь зарядной платформы 13x15 см;
поддерживаемые коммуникационные протоколы: Bluetooth LE;
полный КПД: 60%;
КПД передачи катушка/катушка: 90%;
размеры платы передатчика: 19,5x13,0 см;
габариты платы приемника: 5,7x11,7x1,6 см.

Характеристики WiT-3300 Development Kit:

состав набора: передатчик R2.3 с опциональной функцией обнаружения металлических предметов (FOD) и опциональным датчиком подвижных объектов (LOD), приемник R2.3, ВЧ усилитель, ВЧ выпрямитель, соединительные кабели, документация, руководство пользователя;
частота передачи: 85 кГц;
точность позиционирования: ±15 см (осевая погрешность позиционирования), ±7,5 см (продольная точность позиционирования);
выходная мощность: 300 Вт…3,3 кВт;
выходное напряжение: 300…400 В (10-15 см зазор между передатчиком и приемником);
габариты передатчика: 50x50x5 см (13,6 кг);
габариты приемника: 30x30x2 см (4 кг);
габариты блока согласующей цепочки: 36x10,5x3,5 см (1,8 кг);
габариты ВЧ усилителя: 64x37x16 см (16,6 кг);
габариты ВЧ выпрямителя: 29,5x16,5x7 см (3,6 кг).

О компании

WiTricity Corporation – американская компания, специализирующаяся на создании систем беспроводной передачи энергии на базе фирменной технологии резонансного электромагнитного взаимодействия WiTricity.

WiTricity Corporation была основана в 2007 году Марином Солячичем. В настоящий момент решения и технологии WiTricity применяются именитыми компаниями в четырех основных областях: автомобильная промышленность (Toyota, Mitsubishi, IHI, Delphi), освещение (OSRAM), медицина (Greatbatch, MediaTek Inc.), потребительская электроника (Intel, Alps Electric).
Производитель: Active-Semi Active-Semi
Наименование
Производитель Описание Корпус/
Изображение Цена, руб. Наличие
ACT4523AYH-T
Active-Semi
Арт.: 1457303 ИНФО PDF
Понижающий DC/DC преобразователь с возможностью работы в режиме CV и СС. Входное напряжение: 12- 36 V Рабочая частота: 250 kHz Выходное напряжение: 12 V Выходной ток: 3.5 A Корпус: SOP-8 Комплекс защит Топология: Buck
ACT4523AYH-T 224,93 р.₽
7745 шт.
(под заказ)
..................
С уважением, Морозов Валерий Борисович

FENIMUS
Сообщения: 979
Зарегистрирован: Пн мар 31, 2008 11:57
Контактная информация:

Re: 3,3 кВт без проводов!

Номер сообщения:#2   FENIMUS » Чт май 10, 2018 20:36

Так у трансформатора КПД больше 90%, разрезать магнитопровод и получаешь беспроводную передачу..

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30917
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: 3,3 кВт без проводов!

Номер сообщения:#3   morozov » Чт май 10, 2018 22:11

FENIMUS писал(а):
Чт май 10, 2018 20:36
Так у трансформатора КПД больше 90%, разрезать магнитопровод и получаешь беспроводную передачу..
КПД может быть высоким, но коэффициент связи мал. Хорошее КПД это только в идеале, как только в поле попадает что-то постороннее, он начинает поглощать энергию. Если это человек или кошка, могут и пострадать.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»