Экономия электроэнергии резонансным трансформатором: экономия электроэнергии в домашних условиях

Экономия электроэнергии резонансным трансформатором: экономия электроэнергии в домашних условиях
Янв 06 2020
alexxlab

Содержание

Никола Тесла открыл дорогу к будущему |

(к 150-летию со дня рождения Н.Тесла,
род. 10 июля 
1856 г.)

 

«Полнее сознавая прошедшее, мы уясняем современное; глубже опускаясь в смысл былого – раскрываем смысл будущего; глядя назад – шагаем вперед.»

 А.И. Герцен

Истина сказанного Александром Ивановичем является весьма актуальной истиной для нынешней электротехники, остановившей своё качественное развитие – остановившей потому, что были забыты или не уяснены великие идеи былого, являющиеся в действительности подготовленной почвой для взращивания будущего.

Забытыми, не освоенными и не развитыми в должной степени оказались разработки великого ученого и экспериментатора, гения электротехники – Николы Тесла. Без какого-либо преувеличения можно утверждать, что его разработки открывают путь, способный привести всю электротехнику мира к эпохальным шагам вперед.

Никола Тесла – серб по национальности, родившийся в селении Смиляне (бывшая Австро-Венгрия) в семье православного сельского священника, принес в дар человечеству то электричество, которое оно уже в течение ста лет во благо себе потребляет, а именно, многофазный переменный ток, передаваемый по трем или двум проводам. Марк Твен, друг Тесла, называл его «повелителем молний», а Резерфорд – «вдохновенным пророком электричества». И это не случайно – Теслу По-праву можно назвать отцом-основателем огромной индустрии, включившей в себя электротехническую промышленность переменного тока, создающую сотни тысяч товаров, от электротурбин до электроутюгов и являющуюся энергетической основой функционирования современной промышленности вообще. За огромный вклад в теорию и практику электричества единица измерения магнитной индукции названа именем Теслы. Немногие ученые-физики могут похвастаться таким уровнем признания в ученом мире, хотя в учебниках физики его имя упоминается редко.

Он не только открыл переменный ток и создал многофазные генераторы низких, высоких и сверхвысоких частот переменного тока, резонансный трансформатор – «трансформатор Теслы», но и открыл флуоресцентный свет, передачу электроэнергии по одному проводу и без проводов, впервые разработал принципы дистанционного управления, лечения токами высокой частоты, двигатель на солнечной энергии и много другое, оформленное 300 патентами.

Инженеры-электрики вклад Теслы ценят, но мало кто из них знает или в должной мере оценивает те работы Теслы, которые заложили основы принципиально новой электротехники – той, которая способна сегодня открыть качественно новый и чрезвычайно продуктивный путь развития всей электроиндустрии мира.

Для инженера-электрика, изучавшего классический курс электротехники в течение трех семестров и работающего в энергетической или сетевой компании, будет весьма трудно поверить и понять, что существует другая электротехника, в которой:

  • Для протекания тока не обязательно иметь замкнутую цепь из двух проводников между генератором и нагрузкой.
  • Ток может протекать по однопроводной линии, так же, как вода по трубе в школьной задаче из верхнего бассейна перетекает в нижний, или как теплота от горячего конца теплопроводящего бруска движется к холодному концу. Впервые В. Томсон указал на аналогию между теплопроводностью и электростатикой, а Д. Максвелл на аналогию между гидродинамикой и электродинамикой.
  • В однослойной катушке с проводом  фазовая скорость движения электромагнитной волны вдоль оси катушки может быть в сотни раз меньше, чем в воздушной линии электропередачи или скорости света в свободном пространстве.
  • Ток изменяется по длине линии в разных витках катушки и в разных частях однопроводниковой линии и может иметь любые локальные значения, в том числе и равные нулю. Более того, в разных участках однопроводной цепи ток может быть направлен в противоположные стороны.

Однако такое необычное поведение тока с точки зрения классического инженера-электрика совсем не кажется странным радиоинженеру, для которого лучевая антенна и однопроводниковый волновод являются классическими примерами однопроводниковых линий. В таких линиях существуют стоячие и бегущие волны тока и напряжения, а цепь замыкается токами смещения в пространстве, окружающем однопроводниковую линию. Д. Максвелл писал: «Исключительная трудность согласования законов электромагнетизма с существованием незамкнутых электрических токов – одна из причин среди многих, почему мы должны допустить существование токов, создаваемых изменением смещения».

При высокой частоте однослойная электрическая катушка из классической индуктивности превращается в различных вариантах использования в замедляющую систему или линию задержки электромагнитных волн, в спиральный волновод, спиральную антенну или электрический резонатор с распределенными параметрами, которые невозможно определить, используя классическую теорию расчета электрических цепей.

Все рассмотренные выше эффекты в однопроводниковой линии и в спиральных  катушках существуют и при частотах 1 – 100 кГц и их можно использовать для передачи электрической энергии. Более того, в связи с ограничениями, накладываемыми потерями на излучение из-за антенного эффекта, указанная область частот наиболее пригодна для передачи электрической энергии по однопроводниковому волноводу. К сожалению, эта область частот специалистов по радиотехнике мало интересует, а электрические инженеры недостаточно подготовлены для работы на стыке электротехники и радиотехники.

Впервые передачу электроэнергии по однопроводниковой линии на повышенной частоте предложил и осуществил Н. Тесла более 100 лет назад. Н. Тесла рассматривал свою резонансную однопроводниковую систему передачи электрической энергии как альтернативу системе передачи энергии на постоянном токе, предложенной Т.Эдисоном. Конкуренция между системами передачи электрической энергии на постоянном и переменном токе продолжается до настоящего времени, однако всё это происходит в рамках классических двух-трёхпроводных замкнутых линий электропередач.

Мы показали экспериментально, что однопроводниковая линия с высокочастотным резонансным трансформатором Тесла в начале линии может передавать электрическую энергию  на любой, в том числе, и на нулевой частоте, т.е. на выпрямленном токе. Однопроводниковые резонансные системы открывают возможности для создания сверхдальних кабельных линий электропередач и, в перспективе, замены существующих воздушных линий на кабельные однопроводниковые линии. Тем самым будет решена одна из важнейших проблем электрификации – повышение надежности электроснабжения.

В 2002 году мы создали и успешно провели испытания резонансной однопроводниковой кабельной системы передачи энергии электрической мощностью 20 кВт с длиной кабеля 1,2 км, работающей на частоте 1 кГц в ВИЭСХе (см. рис.1). Затем, в рамках выделенных средств мы успешно продемонстрировали систему в  Сургуте (длина резонансной электролинии составила 1,7 км.).

Для демонстрации возможностей однопроводниковой резонансной передачи электроэнергии при использовании различных проводящих сред мы создали ряд действующих моделей.

На рис. 2-3 модель электрического катера получает электрическую энергию для движения из бассейна с водопроводной водой и живыми рыбками.

В качестве источника электрической энергии в резонансной электрической системе может быть использована ветровая электростанция, солнечная батарея и другие источники электроэнергии.

Глобальное применение резонансных однопроводниковых систем передач электроэнергии может найти в сфере транспорта. Сегодня для нас нет непреодолимых проблем в деле создания эффективного бесконтактного высокочастотного электрического транспорта.

Бестроллейный  метод передачи электрической энергии на электротранспортное средство с использованием метода электромагнитной индукции через воздушный трансформатор и обычных двухпроводных линий передачи энергии имеет принципиальные ограничения  по величине передаваемой мощности, КПД передачи и длине линии  и поэтому в настоящее время не используется.

Рис. 1. Испытания резонансной энергетической системы 20 кВт
с однопроводниковой кабельной линией 1,2 км в лаборатории ВИЭСХ..

 

   
Рис. 2.Электрическая схема передачи электрической энергии на водный транспорт с использованием водной проводящей среды.
Рис. 3  Испытания макета электрического речного судна в лаборатории ВИЭСХ с использованием водопроводной воды в качестве проводящей среды. Передающий блок имеет электрическую мощность 100 Вт,  напряжение 1 кВ

 

Разработанная нами экспериментальная модель небольшого электромобиля получает энергию от однопроводниковой изолированной кабельной линии, проложенной в дорожном покрытии (рис. 4). Сейчас ведутся работы по увеличению мощности бесконтактного привода и разработке коммерческого проекта резонансной электротранспортной системы. В перспективе можно представить большой цветущий зеленый город без выхлопных газов и смога, в котором под каждым рядом движения на главных магистралях установлена кабельная линия, и каждый автомобиль в дополнение к двигателю внутреннего сгорания имеет  электрический мотор и бесконтактный троллей. Таким же образом  может быть организованно движение на крупных автострадах между городами, в том числе с использованием автоматических электротранспортных средств, управляемых роботами и компьютерами.

 

Рис. 4. Макетный образец электромобиля с электроснабжением от однопроводниковой
кабельной линии, проложенной в дорожном покрытии

Использование электрического бесконтактного привода в сельской энергетике открывает перспективы большой экономии топлива и  создания беспилотных, управляемых  компьютером со спутниковой навигацией роботов-автоматов для обработки земли, выращивания  и уборки сельскохозяйственной продукции. В этом случае сельскохозяйственное производство превратится в фабрики на полях, организованное на принципах автоматизированных промышленных предприятий. Таким образом, могут быть решены еще  три современные проблемы электрификации – энергосбережение, снижение вредных выбросов и автоматизация сельскохозяйственного производства

Третье направление использования резонансных однопроводниковых систем – это плазменные медицинские и технологические установки. Их отличие от обычных плазматронов заключается в том, что они имеют не два, а один электрод, который является началом однопроводниковой  резонансной линии, а в качестве нагрузки используется ёмкость любого тела или обрабатываемого вещества. Разработанный в ВИЭСХе резонансный коагулятор используется  в медицине, в ветеринарии и в косметологии  (рис. 5).

Технологические одноэлектродные плазмотроны могут иметь мощность в импульсе до 1010 Вт, в непрерывном режиме до 20 МВт и использоваться для уничтожения сорняков вместо пестицидов, получения жидкого биотоплива из органического сырья, в технологиях получения и очистки солнечного кремния, в физических экспериментах по изучению плазмы, например, создания искусственных шаровых молний.

 

Рис. 5 Резонансный холодноплазменный коагулятор разработки к.т.н. Верютина В.И. (ВИЭСХ)

Четвертое направление использования резонансных систем – это создание глобальных и локальных Инфокоммуникационные систем связи по однопроводниковым линиям. Этому направлению посвящено много работ Н.Тесла. Первые патенты аппаратов для передачи информации Н.Тесла разработал в 1899г, получил в 1901г. В 1943г. Верховный Суд США признал Н.Тесла, а не Р. Маркони, изобретателем радио.

Каждая  однопроводниковая линия имеет не одну, а большое число резонансных волн. Это позволяет использовать однопроводниковую линию, как оптоволоконную линию, для передачи одновременно большого объёма информации различным пользователям. Специальное экранирование линий позволяет уменьшить потери амплитуды и качества сигнала при передаче информации на большие расстояния. Н.Тесла предложил методы кодирования и защиты информации от несанкционированного доступа. Инфокоммуникационные  и энергетические системы в настоящее время являются  главными факторами социального развития села и сельскохозяйственного производства на базе современных технологий.

Н.Тесла был гениальным учёным, предвидевшим развитие электротехники и энергетики на сотни лет вперед. Он получал напряжение 50 миллионов вольт простыми аппаратными средствами,  передавал электрическую энергию на десятки километров, используя Землю в качестве проводящей среды, испытывал катер, управляемый через водную среду, изобрел двигатель внутреннего сгорания без поршня и коленчатого вала, многофазный ток и многое другое.

Сохранилось очень мало информации о работах Н.Тесла по беспроводным методам передачи электрической энергии. Последний патент в этой области  на «Аппарат для передачи электрической энергии» Н.Тесла написал в 1902 г, переделал его в 1907 г. и получил патент в 1914 г. Из выступления Н.Тесла по случаю получения награды имени Томаса Эдисона на заседании Американского института инженеров – электриков 18 мая 1917 г.: «Что касается передачи энергии через пространство, это проект, который я давно считаю абсолютно успешным.

Годы назад я мог передавать энергию без проводов на любое расстояние без ограничений, которые накладывались физическими размерами Земли. В моей системе нет различий, каково расстояние. Эффективность передачи может быть 96 или 97 процентов, и практически нет потерь, кроме таких, которые неизбежны для работы машины..»

Высокую эффективность передачи легко объяснить при наличии стоячих волн в проводящем беспроводном канале.

Журнал «Time» писал 23 июля 1934 г: «На прошлой неделе доктор Тесла объявил комбинацию из четырёх изобретений, которые сделают войну бессмысленной. Существом идеи являются смертоносные лучи – концентрированный пучок субмикронных частиц, перемещающихся со скоростью, близкой к скорости света. Пучок, по словам Тесла, будет поражать армию на маршруте полёта, сбивая эскадрильи самолетов на дистанции 250 миль (400 км.). Изобретатель Тесла будет разряжать луч путём использования:

  • прибора для сведения к нулю эффекта задержки частиц в атмосфере;
  • метода создания высокого потенциала;
  • процесса усиления этого потенциала до 50 миллионов вольт;
  • создания гигантской электрической силы воздействия. »

Н.Тесла умер 7 января 1943 года в гостинице New Yorker  на Манхеттене в комнате 3327 на 33 этаже. Сразу после его смерти из комнаты пропали научные работы, которые никогда не были найдены. Часть материалов содержала информацию о технологиях, которые могли быть использованы для беспроводной передачи энергии. Однако остается неизвестным, как Н.Тесла осуществлял беспроводную  передачу электрической энергии на частоте 20 – 100 кГц без использования лазеров, микроволнового излучения, релятивистских пучков электронов высоких энергий, которых 100 лет назад просто не существовало.

В настоящее время мы практически полностью можем повторить и развить резонансные технологии Н.Тесла по передаче электрической энергии с использованием однопроводниковых линий и проводящих сред. Внедрение этих технологий в производство дало бы огромную выгоду производителям и народному хозяйству в целом. По нашим расчетам, только замена изношенных сельских сетей ВЛ России (воздушных линий электропередач) на кабельные однопроводниковые, прокладываемые под землей, принесла бы доход в 8 млрд. долл.. Экспорт этой технологии за рубеж мог бы принести доход на порядки более высокий.

Так в чем же дело, спросит читатель? А ответ прост – Россия всё запрягает и запрягает без конца свою «лошадь»,…мча чужую. А нам и надо всего-то денег в годовую стоимость мизинца  футболиста «Челси».

А ведь были же 100 лет назад инвесторы-олигархи (не российские). Для Тесла роль инвестора сыграли: миллионер Вестингауз, построивший на основе изобретения Тесла ГЭС на Ниагарском водопаде, дав ему миллион долларов за патенты и авторские отчисления; «олигарх» Джон Морган ссудил Тесла под осуществление его проекта «Ворденклиф» всемирного центра беспроводной передачи, пробный пуск которого в 1905 году поразил современников, ибо, как писали газеты «Тесла зажег небо над океаном на тысячи миль».

 

Д.С. Стребков, академик РАСХН,
заведующий кафедрой ЮНЕСКО и МГАУ «Возобновляемая
энергетика и сельская электрификация», директор
Всероссийский научно – исследовательский институт

электрификации сельского хозяйства 

разделительный трансформатор может ли экономить электроэнергию

разделительный трансформатор может ли экономить электроэнергию

Ключевые слова: за счет чего можно экономить электроэнергию, купить разделительный трансформатор может ли экономить электроэнергию, чтобы сэкономить электроэнергию мы лишь изредка.

разделительный трансформатор может ли экономить электроэнергию

выкручивай лампочки экономь электричество, экономитель энергии e-energy в Химках, индукционная плита экономит электроэнергию, меры экономии электроэнергии, велотренажер e energy

розетка экономия электроэнергии

меры экономии электроэнергии Действительно ли разделительный трансформатор – отличная. По утверждению авторов статей разделительный трансформатор позволяет сэкономить на приборах. Итак, на одном автомате мы уже сэкономили, начнем экономить на трансформаторе. Экономия электроэнергии в случае применения трансформатора ТМГСУ11 достигается за счет его принципиально новой. Кроме того, выравнивая систему фазных напряжений, трансформаторы ТМГСУ эффективно решают еще одну исключительно важную задачу — обеспечение потребителей. Если вы имеете ввиду подключение к сети через разделительный трансформатор, то никакой экономии электроэнергии из этого не выйдет. Мало того, учитывая законы физики, которые гласят, что любое преобразование энергии. В целях экономии электроэнергии хочется задать такой вопрос: если установить на освещение дома трансформатор преобразующий 220 вольт в 12 вольт и освещатся лампами 12 вольт, то будет ли экономия электроэнергии? Разделительный трансформатор — принцип работы и назначение. Как устройство защищает электроприборы. Экономия электроэнергии. Трансформатор, как и любое электрическое или механическое устройство при работе теряет часть энергии. Потери оцениваются коэффициентом полезного действия (КПД). Как устройство защищает электроприборы. Наши жилища наполнены бытовой техникой и аппаратурой, которые подключены к электросети. Сами по себе электроприборы безопасны в обращении. Применение разделительного трансформатора дополняет требования безопасности: к нему. Экономия электроэнергии. Трансформатор, как и любое электрическое или механическое устройство при работе теряет часть энергии. Потери оцениваются коэффициентом полезного действия (КПД). Разделительным трансформатором называется трансформатор, который предназначен для электрического (специалисты говорят — гальванического) разделения питающей электрической сети и потребителя электроэнергии. Потребители — это мы с вами, а зачем нас разделять? Нужно ли устанавливать УЗО для разделительного трансформатора 220В. Это значит, что расход электроэнергии будет больше, чем без разделительного. Разделительный трансформатор может помочь? А корпус плиты нужно ли изолировать от бетонного пола, если применить РТ. Ответить. игорь. Разделительными называют трансформаторы с одинаковыми характеристиками напряжения или силы тока на выходе и выходе. У таких аппаратов одинаковое количество витков на первичной и вторичной катушке. Разделительным трансформатором называется такой трансформатор, чей коэффициент трансформации равен единице, то. И хотя КПД разделительного трансформатора находится в районе 85%, это считается целесообразным ради достижения безопасности, не даром разделительные. Как сэкономить электричество в частном доме при помощи заземления? Нулевой контакт замыкается в электрической цепи энергосчетчика и передает информацию о потраченной энергии. Если нулевой контакт заземлить, то счет идти перестанет. В многоквартирных домах заземление осложнено: провод можно. Экономия электроэнергии. Разделительные трансформаторы могут быть достаточно разнообразными. Если устройство используется в медицине, тогда его называют индивидуальным медицинским разделительным трансформатором. Он способен работать в электрической цепи 220 Вольт. велотренажер e energy возможные пути экономии электроэнергии в быту экономия электроэнергии электробезопасность в школе и дома

план мероприятий по экономии электроэнергии на предприятии розетка экономия электроэнергии erste energy e itn 30 4 за счет чего можно экономить электроэнергию чтобы сэкономить электроэнергию мы лишь изредка выкручивай лампочки экономь электричество экономитель энергии e-energy в Химках индукционная плита экономит электроэнергию

Но это еще не все. В телевизоре тоже есть свои катушки, но они там выполняют немного иную функцию, описывать которую здесь нет смысла. Также катушки есть в газовых лампах, а их сейчас большинство используют в квартирах. Так что у каждого дома есть достаточно источников, производящих реактивную энергию. Именно на это и ссылаются продавцы, которые предлагают экономитель энергии. Отзывы отрицательные на многих ресурсах говорят же о том, что это совершенно бесполезное устройство. Во всех рекламных видеороликах, как в интернете, так и по телевизору, сравнивается не активная потребляемая мощность, а полный ток в сети, измеренный обычными электроизмерительными клещами. Устройство выглядит как компактный блок. На корпусе нет ни кнопок, ни дисплея. Есть только индикатор для демонстрации рабочего состояния. Прибор нужно подключать к розетке, расположенной на минимальном расстоянии от холодильника, электроплиты. Способы экономии электроэнергии: На предприятии В офисах В школе и детском саду В частном доме В быту 89 способов экономии электроэнергии. Электроэнергия — благо цивилизации, но стоимость киловатт-часов постепенно растёт и вопросы энергосбережения становятся всё более острыми и важными. Какие меры может предпринят каждый из нас, чтобы сэкономить. Не тратьте свет впустую. Гасите свет, переходя из комнаты в комнату. Установите тепловые датчики движения, которые будут выключать свет за вас. Эффективные способы экономии электроэнергии в квартире и частном дома. Рассказываем, как экономить на электроэнергии дома — простые, но очень действенные способы. 1. Освещение. При одинаковой яркости и силе. Сумма за оплату электрической энергии занимает весомое значение среди ваших. Однако это не означает, что экономия электроэнергии дома невозможна. В этой статье мы собрали проверенные и рабочие советы о том, как. Как сэкономить электроэнергию в частном доме – на отоплении электричеством, свете, бытовых приборах. Пути экономии электричества в загородном доме. Поэтому собственники стараются экономить электроэнергию, а значит, и деньги. Существуют законные способы экономии, которые помогут уменьшить плату за электроэнергию. О многих из них вы наверняка не знали. Пост опубликован: 8 июля, 2019. При рассмотрении вопроса о том, как экономить электроэнергию многие интересуются эти аспектом из-за постоянного подорожания коммунальных услуг. При этом правильный расход представленных. Как не нужно экономит на электричестве. Выбираем способы разумной экономии на электроэнергии. 34 совета, как сэкономить на электричестве — Статьи и исследования. Энергосбережение. Совет 1. Установите двухтарифный счетчик.

разделительный трансформатор может ли экономить электроэнергию

erste energy e itn 30 4

Во всех рекламных видеороликах, как в интернете, так и по телевизору, сравнивается не активная потребляемая мощность, а полный ток в сети, измеренный обычными электроизмерительными клещами. Экономия электроэнергии в деревне: Копец Иван Потребление = 50 Вт, а мощность на электроплитке из галагеновых ламп = 3 кВт. трансформатор Тесла гонит заряды из Земли. Лампа 220 В подлючена одним концом к Земле, а другим — на холодный конец Теслы. трансформатор Тесла гонит заряды из Земли через. В книге.А. Эйхенвальда Электричество 1928 г. описываются опыты Тесла с его трансформаторами, где объясняется как Тесла добивался резонанса обоих катушек. Главное условие — более низкая емкость вторичной катушки. Людей что собирают бестопливные генераторы электричества, делают из индукционной плитки умножитель КВт, а из магнитов вечный. Так например можно не имея генератора, использовать феномен снятия энергии с индукционной плитки. При этом плитка потребляет – 2.5 КВт а снимать можно 7.5 (даже. Трансформатор Тесла излучает сильное электрическое поля вокруг себя так, что лампочки. Экономия привела к тому, что подделка как бы работает, и даже при КЗ. И вот я вижу как прямо ко мне по водной глади скользит петля стального троса. Заранее вижу. Радиантная энергия сама распространяется по медной полосе, подобно работе конденсатора, взаимодействуя с магнитными. Именно это и рассказывал Н. Тесла говоря, что ток подобно воде течет в своей среде, как если бы капля воды падает. Катушка Тесла представляет две катушки L1 и L2, которая посылает большой импульс тока в катушку L1. У катушек Тесла нет сердечника. На первичной обмотке наматывают более 10 витков. Вторичная обмотка тысячу витков. Электрическое отопление дома — самый удобный из всех известных видов отопления. Установить электрический котел, конверторы или сделать теплый пол намного проще, чем строить котельную, а затем в ней монтировать котел, дымоход. Катушка Теслы — это электрический резонансный трансформатор. Тесла устраивает демонстрации, показывающие, как можно использовать катушку для беспроводного питания ламп накаливания, расположенных на расстоянии. Как получить энергию с помощью трансформатора Тесла. Admin Генераторы энергии. Схема по снятию эфира. Как взаимодействуют две установки Тесла. Получаем энергию с катушками и без них. Технологии получения свободной энергии из эфира. Наследие и тайны Теслы, принцип. Принципы и источники свободной энергии по схеме Теслы. Разработал теорию полей и способы передачи электроэнергии с помощью многофазного переменного тока. Сейчас они являются основой мировой. Способ передачи электрической энергии на расстояние без использования токопроводящей среды называется беспроводной передачей электроэнергии. Уже к 2011 году было реализовано несколько удачны. разделительный трансформатор может ли экономить электроэнергию. возможные пути экономии электроэнергии в быту. Отзывы, инструкция по применению, состав и свойства. ВКонтакте – универсальное средство для общения и поиска друзей и одноклассников, которым ежедневно пользуются десятки миллионов человек. Мы хотим, чтобы друзья, однокурсники, одноклассники, соседи и коллеги всегда. Экономим электроэнергию — бережём планету. Бережное отношение к электроэнергии поможет сохранить невозобновимые природные ресурсы: уголь, нефть и газ. Береги электроэнергию. Детский рисунок. Рисунок, рисунки на тему Энергосбережение можно придумать различные. Каждому человеку вполне по силам экономить электричество в своем доме. А это еще сберегает наш бюджет. Этот рисунок не трудно нарисовать. Скачайте стоковые векторные изображения Энергосбережение рисунок в лучшем фотобанке с миллионами высококачественных стоковых векторных изображений, клип-арта и иллюстраций по доступным ценам. Плакат по энергосбережению. Бережное отношение к электроэнергии поможет. Рисунок — Наглядная экономия. Плакат вместе ярче. Картинка для школы. Экономим электроэнергию — бережём планету. Бережное отношение к электроэнергии поможет сохранить невозобновимые природные ресурсы: уголь, нефть и газ. Береги электроэнергию. Детский рисунок. Реализация мер, направленных на рациональное и экономное использование электричества называется энергосбережение, картинки для детей с примерами, как можно помочь уменьшить потребление энергии, размещены. Евгения воробьева Детские рисунки по энергосбережению. Человечество поколение за поколением уже живет несколько тысяч лет. энергосбережение: стоковые изображения в HD и миллионы других стоковых фотографий, иллюстраций и векторных изображений без лицензионных платежей в коллекции Shutterstock. Ежедневно добавляются тысячи новых. Лучшие рисунки будут отобраны для издательства брошюры по теме Бережное отношение к энергии, и, конечно же, победителей будут ждать интересные призы. Ознакомьтесь, пожалуйста, с правилами проведения конкурса! Экономим электроэнергию — бережём планету. Бережное отношение к электроэнергии поможет сохранить невозобновимые природные ресурсы: уголь, нефть и газ. Береги электроэнергию. Детский рисунок. Экономь электроэнергию. Клименко Ангелина, 11 лет (Санкт-Петербург). Цветок электричества. Береги экологию. Шигапова Соня, 6 лет (Санкт-Петербург).

Адаптивная система экономии электроэнергии

Цель

Экономия электричества в школах, детских садах, домах и в других общественных учреждениях и местах общего пользования.

Задачи

•   анализ различных источников информации с последующим изучением ныне представленных систем экономии; исследование литературы для программирования микроконтроллера и настройки системы;

• изготовление макета, который представляет собой коридор, расположенный потолком снизу – это сделано для наглядности;

•   расчёт экономии с предшествующим анализом классического часа из жизни школы.

Описание

Проект позволяет более рационально использовать электроэнергию. Мы нашли компромисс между экономией электроэнергии и комфортом. Таким образом, свет «идёт» перед человеком, а сзади него сразу выключается.

Результат

В результате была разработана интеллектуальная система управления светильниками в коридоре на основе показаний датчиков движения и вычислений контроллера. Проект был собран и протестирован на макете. В итоге удалось реализовать всё задуманное с минимальными затратами.

Оснащение и оборудование

Проект:

Датчик движения HC-SR501.

Микроконтроллер ESP32.

Светодиодные светильники.

Блок питания.

Макет:

Фоторезистор GL5537.

Микроконтроллер Arduino Nano.

Светодиодная лента, блок питания.

Перспективы использования результатов работы

На данном этапе используются далеко не все возможности элементной базы, применяемой в проекте.

В планах на будущее у авторов − развитие проекта в сторону охранной сигнализации и оповещения персонала разными способами: от визуального, при помощи информационного табло, до рассылки мгновенных сообщений на сотовые телефоны. Всё это становится возможным благодаря использованию микроконтроллера.

Награды/достижения

Московский городской конкурс проектов – призёр.

Конференция «Наука для жизни» − призёр.

Особое мнение

«По моему мнению, проблема многих существующих систем в том, что их неудобно использовать, поэтому, я думаю, владельцы крупных компаний не устанавливают их у себя на предприятиях. Я считаю, что я смог решить эту проблему, и «умное» освещение может стать популярнее в местах общего пользования»

Мощный резонансный блок питания на FAN7621. LLC resonant power supply

В статье рассматривается чип FAN7621.

С развитием полупроводниковых приборов, особенно в области силовой электроники, в нашу жизнь прочно вошли импульсные источники питания. Насколько мне известно, в Европе уже несколько лет полностью запрещено изготовление устройств с питанием от обычного 50Гц силового трансформатора. И в этом есть масса плюсов. Экономия металла, экономия электроэнергии как экологический аспект, выигрыш в массогабаритных показателях.

Импульсные блоки питания непрерывно совершенствуются. Уже нигде не используется ЧИМ, только ШИМ, на невысоких частотах преобразования вовсю используются гибриды IGBT. Совсем недавно появилась, и начала прочно входить в нашу жизнь, технология резонансных преобразователей.

Содержание / Contents

Как то мне принесли на показ источник питания.
По утверждению даташита этого БП – его мощность достигала 500Вт при очень скромных размерах платы- 100х100 мм. А радиаторы силовых ключей вызвали мой истерический смех…
Как? 500Вт на этих радиаторах? Издеваются???
Полез на сайт производителя и прочитал волшебное слово resonant topology.
Ну как я могу пройти мимо и не пощщупать так сказать!
Изучение этой темы вынудило меня обратиться к сайтам разработчиков полупроводников для силовой электроники. И только в одной конторе еще не всех инженеров подвинули маркетологи — Fairchild Semiconductor. У них нашлось пара интересных для меня вещей.

Контроллер FAN7621 (он единственный из всех в DIP корпусе ) и сборка FSFR2100.
Решил начать с FAN7621.

Для изучения был использован даташит на FAN7621 и application note AN-4151.

Данная конструкция является моей вольной интерпретацией документа по имени AN-4151 от Fairchild Semiconductor — нет, не реклама, даже семплы у них не заказывал! Просто они оказались ближе остальных к людям. Все неточности на моей совести.

Одной из проблем любого ИБП является его КПД. Тепловые и коммутационные потери, потери на обратном восстановлении выпрямительных диодов – вот те немногие факторы, что усложняют жизнь конструторам и разработчикам таких блоков питания.
Одним из вариантом повышения КПД является использования резонансной схемы.
Изначально резонансная схема БП (LC resonant converter ) была предложена для увеличения рабочей частоты преобразователя, снижения коммутационных потерь и уменьшения размеров моточных узлов.
Еще она интересна тем, что форма передаваемого тока в нагрузку близка к синусоиде и ключи в преобразователе работают в режиме “мягкого переключения” (ZVS – zero volage switching ). Как это работает, я до конца не понял и объяснения человеческим языком не нашел, так что пока принцип работы LC resonant converter-а. Это попроще…


Полумостовой преобразователь нагружен на резонансную цепь, в которую входит силовой трансформатор, индуктивность Lr и емкость Cr. У этой цепи есть некая резонансная частота.
На эту цепь подается напряжение Vd, с частотой, близкой к резонансной для этой цепи, тем самым, меняя частоту в сторону резонанса, можно увеличивать напряжение на выходе трансформатора. Соответственно изменяя частоту в противоположную сторону, и уходя от резонанса, можно это напряжение уменьшать. Трансформатор с нагрузками является частью резонансной цепи, и от изменения импеданса всей цепи меняется напряжения на нагрузке. Разработчики называют это изменение DC gain. И оно, для этого варианта конвертера всегда меньше единицы.
Здесь есть одна засада – диапазон регулирования сильно зависит от нагрузки. Поэтому и рекомендуют использовать такую схему при номинальной или близко к номинальной нагрузке.
Теоретически, при стремлении нагрузке к минимуму, необходимо увеличивать частоту контура до бесконечности, что невозможно.
Этот недостаток можно частично устранить, если использовать трансформатор, как часть индуктивности резонансной цепи.
Эта топология называется LLC resonant converter.

Здесь трансформатор зашунтирован индуктивностью Lm. Это снижает эффективность работы схемы, но при работе на “высокой” стороне снижение коммутационных потерь более предпочтительно потерям в индуктивностях. К тому же, эту индуктивность можно конструктивно представить как часть первичной обмотки. Единственное уточнение.
Значение индуктивности Lm в несколько раз больше Lr. Поэтому приходится вводить зазор в сердечник. Но зато можно поддерживать постоянное напряжение на выходе при разных уровнях нагрузки путем незначительного изменения частоты переключения.
Более понятно это видно на графике.

Старт происходит на частоте выше 100кГц, потом частота снижается, приближаясь к резонансной, и поддерживается на нужном уровне обратной связью, как в обычном стабилизированном БП.
В общем фишечка интересна, и ее обязательно надо пощупать.

Вообще, вышеуказанный апнот и даташит написан для тупых вроде меня, и достаточно подробно. Что и послужило толчком для повторения.
Поэтому больше расскажу о том, как и что делал.

Для начала надо определиться, что я буду питать.
Появилась идея заменить в одном из моих усилителей БП на жалком гибриде таймера и драйвера — IR2153.
В общем подопытный кролик выбран — начнем!


Нужно получить двухполярное напряжение +/- 30В для умзч, и +24В для защиты АС.
В принципе ничего сложного.
Единственное уточнение – для УМЗЧ стабилизация ИБП не только не обязательна, но и противопоказана. А нам надо управлять резонансной частотой в зависимости от нагрузки.
Поэтому стабилизировать буду шину защиты АС, а питание мощника пусть будет само по себе.
Рисую схему.

Сама по себе FAN7621 обладает всеми видами защит, и по умолчанию в даташите на нее отрисована схема токовой защиты по одной полуволне в первичной обмотке.
Но там же и рассказано, что можно использовать монитроинг по обоим полуволнам тока.
Вот так:

Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.
Или вот так:
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.
Также пришлось видоизменить под свою концепцию питание контроллера.
В даташите нарисовано питание от какого-то стороннего дежурного БП на 16-20В, я же решил применить самопитание и запуск на проверенной схеме от параметрического стабилизатора.
Минимально напряжение для запуска заявлено 14.5В, защита от перенапряжения – 23В.
Вот в этом коридоре и надо работать.
От 15В мы стартуем, потом самопитание подхватывает и за счет диода D2 отсекает пусковой стаб от контроллера. При повышении до 23В мы радостно отключаемся.
Думаю должно работать.

Ну а теперь самое интересное.
Когда-то давно, мне под разбор попался скоропостижно разбитый маленьким ребенком моего коллеги LCD телевизор. Внутри был вполне себе солидный БП, совмещенный с драйвером подсветки.
И я еще тогда удивился, зачем первичка и вторичка на разных катушках, да еще и разнесены на каркасе? Но тогда я был болен лампами и ИБП на TL494, и кроме удивления такой избыточностью, никакого практического интереса это у меня не вызвало…
Вот же дебил какой я был невнимательный! У меня же в руках был резонансник… Причем живой.
А я яростно выкусывал кусачками перегородку и шлифовал надфилем поверхность катушки.


Вот эту перегородку, как на фото.
И только вот недавно я понял, для чего была эта избыточность…
Как я рассказывал выше, для LLC топологии требуется Lm поместить в трансформатор.
Для этого нужно, чтоб обмотка была не только компактно намотана, но и как можно меньше была подвержена влиянию вторичной обмотки.
Нужно получить не только требуемую индуктивность первички, но и невысокую индуктивность рассеяния.
Схема намотки, а также параметры трансформатора указаны в даташите.
В апноте AN-4151 также дан расчет трансформатора. Там немного другие данные.
Расчет довольно большой, зато расписан пошагово и с примерами.Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

Самое долгое, ожидание контроллера. Почта работает быстро, поэтому не прошло и полутора месяцев, и вот контроллер установлен.
Первое включение естественно через лампочку!
И тишина….
Оказалось, что стабилитрона на 15В маловато для запуска, на ноге питания при старте всего 13.8В при пороге в 14.5В.
Меняю зенера на 16В – и вот:


Ничего не стрельнуло, и даже чего то засветилось!
Идет измерение питащего контроллер напряжения и частота импульсов на нижнем фете.

Пробую крутить регулировку напряжения на выходе. Напряжение меняется, частота тоже.
Работает!
Теперь надо нагрузить вторую обмотку – ту, что 2*30В нерегулируемая.

Сразу закономерность – от нагрузки на другую обмотку меняется напряжение на стабилизированной. В принципе все верно, резонанс распространяется на все обмотки.
Но диапазона регулирования вверх явно не хватает- не могу вытянуть +24В. Минимальная частота – 71кГц.
Пришло время разобрать цепь управления частотой.

Вот эта цепь:
Мы имеем здесь три настраиваемых цепи.
1. Софтстарт.
2. Задание минимальной частоты.
3. Задание максимальной частоты.
Работает оно просто, как табурет. Чем меньше сопротивление между ногой RT и массой, тем выше частота.
Начнем с софт-старта.
Электролит Сss и резистор Rss образуют цепь плавного пуска. В момент подачи питания на контроллер, электролит имеет низкое сопротивление, и резистор Rss подключается параллельно Rmin, который, в свою очередь определяет нижнюю границу частоты контроллера. Общее сопротивление цепи меньше Rmin — частота зависит от общего сопротивления Rss и Rmin. По мере заряда Сss, сопротивление цепи СssRss растет до бесконечности и перестаяет отказывать влияние на общее сопротивление в цепи RT.
В цепи остается только Rmin.
Процесс приближается к резонансу.
Пока на выходе нет напряжения, оптопара полностью закрыта, и резистор Rmax не подключен в цепь RT-масса. Но напряжение растет, пропорционально этому открывается транзистор оптопары, и начинает подключаться резистор Rmax, повышая частоту и удерживая ее значение для требуемого выходного напряжения. Вот таким простым способом реализуется регулировка выходного напряжения.
Так как у меня минимальный порог не достаточен для удержания напряжения в цепи +24В, то нужно мне увеличить сопротивление Rmin.

И заодно, так как БП предстоит заряжать “банки” по шинам питания УМЗЧ, софтстарт сделаю более затяжным, увеличив Css до 22мкф.

с измененными номиналами:
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

Вперед!


Теперь напряжение подтягивается нормально, есть запас вверх – начинаю мучить его.
В качестве нагрузке по шине 30+30В сначала была гирлянда из лампочек 220В*60Вт.
Три штуки.
При напряжении на них в ~60В суммарная нагрузка на БП всего 18вт, поэтому был добавлен “водоем” для охлажедния ПЭВ-ок, использованных в качестве нагрузки.
ПЭВ-ки включены гирляндой 10+5+5+5+5+10 Ом.
Осциллограммы для разных нагрузок:
Голубой – затвор нижнего ключа.
Желтый – форма тока в первичке (преобразование на резисторах токовой защиты)
Нагрузка 18Вт. (три лампы 220В*60Вт )

Запускаю всю гирлядну.
Нагрузка 96Вт. (40 Ом)

Откидываю одну секцию на 10 Ом.
Нагрузка 127Вт. (30 Ом)

Дальше эксперимент провалился – сработала защита.
От перенапряжения.
На питании контроллера при этом 23.3В – почти порог.
Вода успела нагреться в ведерке градусов до 45.
Также сильно нагрелись диоды выпрямительного моста на шине 30+30В.
Там стоят попарно включенные SF56.
Видимо сюда просятся Шоттки.
По осциллограммам видно, что БП пытается подтянуть “падающую” под нагрузкой напругу, снижая частоту. При этом также растет вторичная напруга на питании контроллера.
Напруга 30+30 проседает, от минимума до максимума – 3в.
С небольшой нагрузкой – 63.2В, при 127Вт – 60.2В.
Получается просадка 1.5В на плечо – довольно неплохо.
Я думал будет хуже.

В общем, решил я продолжить эксперимент. Снизил напряжение на шине, которая мониторится, +24В. У меня стояло 24.5В сделал 23В. При этом напряжении реле на 24В уверенно защелкнулись, но напряжение на шине самопитания не вышло за пределы допустимого.
Заодно случайно потестил защиту от КЗ ( она же токовая перегрузка ).
Дело в том, что провода к нагрузочной лампочке у меня просто припаяны, что видно на фото.
А рядом лежали ножницы. Я начал тянуть к себе щуп прибора – лампочка подвинулась цоколем к ножницам – щелчок и тишина.
БП четко отключился. Защита у него триггерная, поэтому пока не снимется питание контроллера, точнее на упадет ниже 11В, он снова не запускается.
Подождал разрядки кондера в первичке и перезапуск.
Перезапуск прошел успешно,
Нагрузил на 25 Ом и кратковременно на 20 Ом. Все стартует и работает.
Ждал срабатывания токовой, напряжение на ноге CS растет, но до уровня начала ограничения в -0.6В пока не дотягивает. Я больше переживаю за выпрямитель – он сильно начинает греться. Надо срочно найти Шоттки, Вольт, эдак, на 100.

Зато правду говорят. Резонансник хорошо работает под нагрузкой. Если без нагрузки от транса слышен какой-то шорох, и слегка нагреваются силовые ключи, то под нагрузкой наступает полная идиллия – радиаторы комнатной температуры, транс не шуршит.
Правда я его пока не пропитал ничем – может и не будет шуршать после пропитки.

Что-то надо делать с выпрямителем. Есть два варианта переделки – увеличить кол-во диодов или все же поставить Шоттки. Второй вариант победил.


Поменял радиаторы на силовой части и выпрямителе.
На выходе – Шоттки 20А 200В – включенные мостом попарно. С обратной стороны правого радиатора на фото их еще две штуки.
Пропитал трансформатор лаком НЦ.
Ну и проверить надо, что получилось:

Теперь ситуация улучшилась кардинально.
Вот что получается при нагрузке в 125Вт:

И при нагрузке 145Вт.

Самое интересное, что пропали выбросы на токоизмерительном резисторе. С чем это связано – я не могу объяснить.
Погоняю
Нагрузка плавает в ведерке с водой.
Электролизные процессы на оголенных выводах можно наблюдать почти сразу.

Радиатор силовых ключей не поменял температуру. Выпрямитель слегка нагревается, но не так быстро, как на ультрафастах.
Через несколько минут вода в ведре начинает нагреваться уже ощутимо.
Палец окунать уже не комфортно, а на поверхности резисторов образуются пузырьки – там явно уже жарко.

Радиатор выпрямителя нагревается до 40-45 градусов, радиатор силовых ключей холодный, как будто они и не работают…
Для БП без обдува на активной нагрузке почти в 150Вт это неплохой результат…
Интересно, как бы себя чувствовал компьютерный БП без обдува в аналогичных условиях?
Ну и для ознакомления намерил всякую чушь по ходу дела.
Форма напряжения до выпрямителя с минимальной нагрузкой

Тоже, с максимальной

Пульсации на выходах + — 30В. После моста по два конденсатора в плече Nichicon PL(M) 470мкф 63В с неизвестным ресурсом (стояли в проработавшем несколько лет в режиме 24*7*365 качественном БП), зашунтированные пленкой 1мкф 250В.
С минимальной нагрузкой:

И тоже самое, с максимальной.

Пульсации с частотой преобразования, поэтому то, что кажет прибор в нижнем углу – от фонаря.
Немного на размах и форму влияет расположение щупов относительно БП и друг-друга, так что результат приблизительный. “Иголки” похоже от коммутации диодов, надо подумать о снабберах…

Наверняка у читателей возникнут вопросы.
Где киловатт? Даешь сварочник! Почему не пытал на нагрузке выше 150Вт?
Но я же еще только учусь! (с)
К тому же мне не требуется мощность в нагрузке выше 60Вт, и то при этом стекут на пол радиаторы УМЗЧ, а соседи закидают меня помидорами. Так что реально оно будет работать на 10-15Вт на канал, и то по праздникам.
Резисторы токовой защиты уже установлены на ограничение тока в 2.5А по силовым ключам, и подбирать другой номинал пока не вижу необходимости.

Ради интереса привожу осциллограммы старта:


И остановки:

Голубой – затвор нижнего ключа.
Желтый – питание контроллера.

Ну, а теперь собственно то, для чего делалась плата и БП.


Сразу вылез косяк. БП отказался стартовать на банки по 10000мкФ+2200мкФ в каждом плече каждого канала. Суммарно по 24400 мкФ в плечо. Просто срабатывает токовая.
Пришлось еще сильнее “затянуть” по времени софт-старт.
Теперь конденсатор Css=47мкФ. Но на глаз это не заметно.

В динамиках звенящая тишина. На холостом ходу сильнее греются силовые ключи, трансформатор, и конденсатор резонансного контура. Все около 40 градусов.
Шоттки ледяные. Ну вполне логично, КПД резонансника выше при номинальной мощности, о чем прямо сказано в апноте.

Что понравилось в общем.
1. Интересно. Познавательно.
2. Работа защит контроллера безупречна. Спалить силовые ключи вряд ли удастся. Разве что специально гвоздей насыпать на плату.
3. Хорошо разжеванная документация.
4. Хороший КПД для резонансной топологии.

Из минусов.
1. Без приборов, на глаз – ничего не получится.
2. Намотка многожильным проводом.
3. Транс должен быть секционирован. (хотя можно самому секционировать, но я заказал готовый)

Но я думаю у многих есть LC-метр и осциллогаф? Да, осцилл должен быть развязан от БП гальванически — иначе бабах обеспечен…
Я например применил ТС-180 , включенный с Ктр = 1. Там как раз все обмотки впослед и получим 220-230В.

В планах попробовать FSFR2100 — оно уже в дороге. Попробовать ради интереса резонансник для ламп – чисто экспериментально.

Ну а пока все.

Платы и схемы: ▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Аппноут AN-4151: ▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Даташит FAN7621: ▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

С уважением, Алексей.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌻 Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress

Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать!
Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке. Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.

 

Резонансная индуктивная связь — Resonant inductive coupling

Схема самой простой системы беспроводной передачи энергии с резонансной индуктивной связью. Это называется технологией 2-го резонанса. Схема резонансной индуктивной беспроводной системы питания WiTricity, продемонстрированная командой Марина Солячича из Массачусетского технологического института в 2007 году. Резонансные цепи представляли собой катушки из медного провода, которые резонировали со своей внутренней емкостью (точечными конденсаторами) на частоте 10 МГц. Питание подводилось к резонатору передатчика и из резонатора приемника в выпрямитель с помощью небольших катушек, которые также служили для согласования импеданса . В связи с этим исследователи Массачусетского технологического института считают, что они открыли новый способ беспроводной передачи энергии с использованием безызлучательного резонансного туннелирования электромагнитной энергии.

Резонансная индуктивная связь или магнитно-фазовая синхронная связь — это явление с индуктивной связью, когда связь становится сильнее, когда «вторичная» (несущая) сторона слабо связанной катушки резонирует. Резонансный трансформатор такого типа часто используется в аналоговой схеме в качестве полосового фильтра . Резонансная индуктивная связь также используется в беспроводных системах питания портативных компьютеров, телефонов и транспортных средств. Системы магнитно-резонансной связи типа WiTricity добавляют еще один набор резонансных катушек на первичной стороне (источник питания), которые соединяются с катушками на вторичной (несущей) стороне.

Приложения

Различные системы резонансной связи используются или разрабатываются для беспроводных электрических систем малого радиуса действия (до 2 метров) для питания ноутбуков, планшетов, смартфонов, роботов-пылесосов , имплантированных медицинских устройств и транспортных средств, таких как электромобили, поезда SCMaglev и автоматизированные транспортные средства . Конкретные технологии включают:

Другие приложения включают:

Катушки Тесла является резонансный контур трансформатор , используемый для создания очень высоких напряжений, и способен обеспечить гораздо более высокий ток высокого напряжения , чем электростатических машин , таких как генератор Ван — де — Граафа . Однако этот тип системы излучает большую часть своей энергии в пустое пространство, в отличие от современных беспроводных систем питания, которые тратят очень мало энергии.

Резонансные трансформаторы широко используются в радио схемах в качестве полосовых фильтров , а также в импульсных источников питания.

История

В 1894 году Никола Тесла использовал резонансную индуктивную связь, также известную как «электродинамическая индукция», для беспроводного зажигания фосфоресцентных ламп и ламп накаливания в лаборатории 35 South Fifth Avenue, а затем в лаборатории 46 E. Houston Street в Нью-Йорке. В 1897 году он запатентовал устройство, названное высоковольтным резонансным трансформатором или « катушкой Тесла ». Передавая электрическую энергию от первичной катушки к вторичной катушке посредством резонансной индукции, катушка Тесла способна производить очень высокие напряжения на высокой частоте . Усовершенствованная конструкция позволила безопасно производить и использовать электрические токи с высоким потенциалом, «без серьезной ответственности за разрушение самого устройства и опасности для людей, приближающихся или обращающихся с ним».

В начале 1960-х годов резонансная индуктивная беспроводная передача энергии успешно использовалась в имплантируемых медицинских устройствах, включая такие устройства, как кардиостимуляторы и искусственное сердце. В то время как в ранних системах использовалась резонансная катушка приемника, в более поздних системах также использовались резонансные катушки передатчика. Эти медицинские устройства разработаны для обеспечения высокой эффективности с использованием маломощной электроники, при этом эффективно компенсируя некоторую несоосность и динамическое скручивание катушек. Расстояние между катушками при имплантации обычно составляет менее 20 см. Сегодня резонансная индуктивная передача энергии регулярно используется для обеспечения электроэнергией многих имеющихся в продаже медицинских имплантируемых устройств.

Беспроводная передача электроэнергии для экспериментальной подачи энергии на электромобили и автобусы — это более мощное (> 10 кВт) применение резонансной индуктивной передачи энергии. Высокие уровни мощности требуются для быстрой подзарядки, а высокая эффективность передачи энергии требуется как для эксплуатационной экономии, так и для предотвращения негативного воздействия системы на окружающую среду. Экспериментальный испытательный полигон с электрифицированной проезжей частью, построенный примерно в 1990 году, показал энергоэффективность чуть выше 60% при подзарядке аккумулятора прототипа автобуса на специально оборудованной автобусной остановке. Автобус можно было оснастить выдвижной приемной катушкой для большего зазора между катушками при движении. Зазор между передающей и приемной катушками был спроектирован таким образом, чтобы при подаче питания было меньше 10 см. Помимо автобусов, было исследовано использование беспроводной передачи для подзарядки электромобилей на стоянках и в гаражах.

Некоторые из этих беспроводных резонансных индуктивных устройств работают при низких уровнях мощности в милливаттах и ​​питаются от батарей. Другие работают на более высоких уровнях мощности в киловаттах. Современные имплантируемые медицинские и дорожные устройства для электрификации достигают эффективности передачи более 75% при рабочем расстоянии между передающей и приемной катушками менее 10 см.

В 1993 году профессор Джон Бойз и профессор Грант Кович из Оклендского университета в Новой Зеландии разработали системы для передачи большого количества энергии через небольшие воздушные зазоры. Его начали применять на практике в качестве подвижного крана и бесконтактного источника питания AGV в Японии. В 1998 году были запатентованы RFID-метки, работающие таким образом.

В ноябре 2006 года Марин Солячич и другие исследователи из Массачусетского технологического института применили это поведение в ближней зоне для беспроводной передачи энергии на основе сильно связанных резонаторов. В теоретическом анализе они демонстрируют, что путем разработки электромагнитных резонаторов, которые несут минимальные потери из-за излучения и поглощения и имеют ближнее поле со средней протяженностью (а именно, в несколько раз больше размера резонатора), эффективная беспроводная передача энергии в среднем диапазоне возможно. Причина в том, что если два таких резонансных контура, настроенных на одну и ту же частоту, находятся в пределах доли длины волны, их ближние поля (состоящие из « затухающих волн ») соединяются посредством затухающей связи волн . Между индукторами возникают колебательные волны, которые могут позволить энергии передаваться от одного объекта к другому за время, намного меньшее, чем все времена потерь, которые были спроектированы так, чтобы быть долгими, и, таким образом, с максимально возможной эффективностью передачи энергии. Поскольку резонансная длина волны намного больше, чем у резонаторов, поле может обходить посторонние объекты в непосредственной близости, и, таким образом, эта схема передачи энергии среднего диапазона не требует прямой видимости. Используя, в частности, магнитное поле для достижения связи, этот метод может быть безопасным, поскольку магнитные поля слабо взаимодействуют с живыми организмами.

Apple Inc. подала заявку на патент на эту технологию в 2010 году после того, как WiPower сделала это в 2008 году.

В прошлом источником энергии, использовавшимся на автомобиле JR Tokai SCMaglev, был газотурбинный генератор. В 2011 году им удалось запитать во время движения (CWD: зарядить во время вождения) через большой промежуток с помощью запатентованной JR Tokai технологии фазовой синхронизации 9,8 кГц, разработанной на основе технологии, аналогичной схеме беспроводного питания AGV. А Министерство земли, инфраструктуры и транспорта Японии оценило технологию, поскольку все проблемы для практического использования были устранены. Строительство СКМаглева начнется, коммерческое использование начнется в 2027 году.

Сравнение с другими технологиями

Базовые схемы передатчика и приемника типа pp , Rs и Rr — сопротивления и потери в соответствующих конденсаторах и катушках индуктивности. Ls и Lr связаны небольшим коэффициентом связи k, обычно ниже 0,2

Катушки индуктивности с нерезонансной связью , такие как типичные трансформаторы , работают по принципу первичной катушки, генерирующей магнитное поле, а вторичная катушка, насколько это возможно, перекрывает это поле так, чтобы мощность, проходящая через вторичную обмотку, была как можно ближе к этой. первичной. Это требование, чтобы поле было покрыто вторичной обмоткой, приводит к очень малому радиусу действия и обычно требует магнитного сердечника . На больших расстояниях метод нерезонансной индукции очень неэффективен и тратит большую часть энергии на резистивные потери первичной катушки.

Использование резонанса может помочь значительно повысить эффективность. Если используется резонансная связь, вторичная катушка имеет емкостную нагрузку, чтобы сформировать настроенный LC-контур. Если первичная катушка приводится в действие на резонансной частоте вторичной стороны, оказывается, что значительная мощность может передаваться между катушками в диапазоне, в несколько раз превышающем диаметр катушки при разумной эффективности.

По сравнению с затратами, связанными с батареями, особенно неперезаряжаемыми, стоимость батарей в сотни раз выше. В ситуациях, когда поблизости есть источник энергии, это может быть более дешевым решением. Кроме того, хотя батареи нуждаются в периодическом обслуживании и замене, вместо них можно использовать резонансную передачу энергии. Батареи дополнительно загрязняют окружающую среду во время их изготовления и утилизации, чего в значительной степени избегают.

Правила и безопасность

В отличие от оборудования, подключенного к сети, прямое электрическое подключение не требуется, поэтому оборудование можно герметизировать, чтобы минимизировать вероятность поражения электрическим током.

Поскольку связь достигается преимущественно за счет использования магнитных полей; технология может быть относительно безопасной. В большинстве стран существуют стандарты и инструкции по безопасности в отношении воздействия электромагнитного поля (например, ICNIRP). Отвечает ли система указанным или менее строгим законодательным требованиям, зависит от поставляемой мощности и дальности действия передатчика. Максимально рекомендуемое B-поле является сложной функцией частоты, например, рекомендации ICNIRP допускают среднеквадратичные поля величиной в десятки микротеслов ниже 100 кГц, падающие с частотой до 200 нанотеслов в УКВ и более низкие уровни выше 400 МГц, когда части тела могут выдерживать токовые петли сравнимы с длиной волны в диаметре, а глубинное поглощение энергии тканями достигает максимума.

Развернутые системы уже генерируют магнитные поля, например индукционные плиты с частотой в несколько десятков кГц, где разрешены высокие поля, и бесконтактные считыватели смарт-карт , где более высокая частота возможна, поскольку требуемая энергия ниже.

Детали механизма

Обзор

Наблюдаются два резонанса как пара

Этот процесс происходит в резонансном трансформаторе , электрическом компоненте которого трансформатор состоит из катушки с высокой добротностью, намотанной на одном сердечнике, с конденсатором, подключенным через катушку, для создания связанной LC-цепи .

Самая основная резонансная индуктивная связь состоит из одной катушки возбуждения на первичной стороне и одного резонансного контура на вторичной стороне. В этом случае, когда резонансное состояние на вторичной стороне наблюдается с первичной стороны, наблюдаются два резонанса как пара. Одна из них называется антирезонансной частотой (параллельная резонансная частота 1), а другая — резонансной частотой (последовательная резонансная частота 1 ‘). Короткое замыкание индуктивность и резонансный конденсатор вторичной обмотки объединены в резонансный контур. Когда первичная катушка приводится в действие с резонансной частотой (последовательной резонансной частотой) вторичной стороны, фазы магнитных полей первичной катушки и вторичной катушки синхронизируются. В результате максимальное напряжение генерируется на вторичной катушке из-за увеличения взаимного потока, и потери в меди в первичной катушке уменьшаются, тепловыделение уменьшается, а эффективность относительно повышается. Резонансная индуктивная связь — это беспроводная передача электроэнергии в ближнем поле между магнитно-связанными катушками, которая является частью резонансного контура, настроенного на резонанс на той же частоте, что и частота возбуждения.

Коэффициент связи в резонансном состоянии

В трансформаторе только часть потока, генерируемого током через первичную обмотку, передается на вторичную обмотку и наоборот. Часть, которая соединяется, называется взаимным потоком, а часть, которая не соединяется, называется потоком рассеяния . Когда система не находится в резонансном состоянии, это приводит к тому, что напряжение холостого хода, возникающее на вторичной обмотке, оказывается меньше, чем прогнозируется соотношением витков катушек. Степень связи определяется параметром, называемым коэффициентом связи . Коэффициент связи k определяется как отношение отношения напряжения холостого хода трансформатора к отношению, которое было бы получено, если бы весь поток передавался от одной катушки к другой. Однако, если это не разомкнутая цепь, коэффициент магнитного потока изменится. Значение k находится в диапазоне от 0 до ± 1. Индуктивность каждой катушки условно можно разделить на две части в пропорции k : (1 — k ) . Это, соответственно, индуктивность, создающая взаимный поток, и индуктивность, создающая поток рассеяния.

Коэффициент связи является функцией геометрии системы. Это фиксируется взаимным расположением двух катушек. Коэффициент связи не меняется между тем, когда система находится в резонансном состоянии, и когда она не находится в резонансном состоянии, или даже если система находится в резонансном состоянии, и генерируется вторичное напряжение, превышающее отношение витков. Однако в случае резонанса меняется магнитная индукция и увеличивается взаимный поток.

Резонансные системы называются сильно связанными, слабосвязанными, критически связанными или избыточно связанными. Тесная связь — это когда коэффициент связи составляет около 1, как у обычных трансформаторов с железным сердечником. Избыточная связь — это когда вторичная катушка расположена так близко и образование взаимного потока затруднено из-за эффекта антирезонанса, а критическая связь возникает, когда передача в полосе пропускания оптимальна. Слабая связь — это когда катушки удалены друг от друга, так что большая часть потока проходит мимо вторичной обмотки. В катушках Тесла используется около 0,2, а на больших расстояниях, например, для индуктивной беспроводной передачи энергии, оно может быть ниже 0,01.

Коэффициент усиления напряжения (тип PP)

Обычно усиление напряжения нерезонансно связанных катушек прямо пропорционально квадратному корню из отношения вторичной и первичной индуктивностей. {2}) \ cdot { L_ {2}} C_ {r}}}}}

Предполагая, что сопротивление нагрузки равно R1, значение Q вторичного резонансного контура будет следующим.

Q 2 знак равно р л C р L s c 2 {\ displaystyle Q_ {2} = R_ {l} {\ sqrt {\ frac {C_ {r}} {L_ {sc2}}}} \,}

Напряжение, генерируемое в резонансном конденсаторе Cr на пике резонансной частоты, пропорционально значению Q. Следовательно, усиление напряжения Ar вторичной катушки по сравнению с первичной катушкой, когда система находится в резонансе,

А р знак равно k Q 2 L 2 L 1 {\ displaystyle A_ {r} = kQ_ {2} {\ sqrt {\ frac {L_ {2}} {L_ {1}}}} \,}

В случае типа PP Q1 не влияет на усиление напряжения.

Резонансная индуктивная система связи типа WiTricity

WiTricity типа магнитный резонанс характеризуется тем , что резонансные катушки на первичной стороне и резонансные катушки на вторичной стороне спарены. Первичная резонансная катушка увеличивает ток первичной катушки возбуждения и увеличивает генерируемый магнитный поток вокруг первичного резонатора. Это эквивалентно возбуждению первичной катушки под высоким напряжением. В случае типа, показанного на левом рисунке, общий принцип заключается в том, что если заданное колеблющееся количество энергии (например, импульс или серия импульсов) поместить в первичную катушку, которая емкостно нагружена, катушка будет звонить ‘, и образуют колеблющееся магнитное поле.

Резонансная передача работает путем создания кольца катушки с колеблющимся током. Это создает колеблющееся магнитное поле . Поскольку катушка очень резонансная, любая энергия, помещенная в катушку, затухает относительно медленно в течение очень многих циклов; но если поднести к нему вторую катушку, катушка может забрать большую часть энергии до того, как она будет потеряна, даже если она находится на некотором расстоянии. Используемые поля в основном нерадиационные, ближние поля (иногда называемые затухающими волнами ), поскольку все оборудование находится на расстоянии 1/4 длины волны, они излучают небольшую энергию от передатчика на бесконечность.

Энергия будет передаваться назад и вперед между магнитным полем в индукторе и электрическим полем через конденсатор на резонансной частоте. Это колебание будет отмирать при скорости определяется коэффициентом усиления пропускной способностью ( Q фактора ), в основном за счет резистивных и радиационных потерь. Однако при условии, что вторичная обмотка отсекает достаточно поля, чтобы поглощать больше энергии, чем теряется в каждом цикле первичной обмотки, большая часть энергии все еще может передаваться.

Так как Q — фактор может быть очень высокими, (экспериментально около тысячи были продемонстрирован с воздушным сердечником катушками) только небольшой процент поля должно быть соединен с одной катушки на другой , чтобы достичь высокой эффективности, даже если поле быстро погибает при удалении от катушки первичная и вторичная обмотки могут находиться на расстоянии нескольких диаметров.

Можно показать, что показатель эффективности равен:

U знак равно k Q 1 Q 2 {\ Displaystyle U = к {\ sqrt {Q_ {1} Q_ {2}}}}

Где Q 1 и Q 2 — это коэффициенты добротности катушек источника и приемника соответственно, а k — коэффициент связи, описанный выше. {2}}}}

Передача мощности

Поскольку добротность может быть очень высокой, даже когда в катушку передатчика подается небольшая мощность, относительно интенсивное поле накапливается в течение нескольких циклов, что увеличивает принимаемую мощность — при резонансе в осциллирующем поле находится гораздо больше мощности, чем подается в катушку, и катушка приемника получает процент от этого.

Катушки передатчика и схемы

В отличие от многослойной вторичной обмотки нерезонансного трансформатора, катушки для этой цели часто представляют собой однослойные соленоиды (для минимизации скин-эффекта и улучшения добротности ), подключенные параллельно подходящему конденсатору , или они могут иметь другие формы, например волновые. литц проволока. Изоляция либо отсутствует с разделителями, либо материалы с низкой диэлектрической проницаемостью и низкими потерями, такие как шелк, для минимизации диэлектрических потерь.

Чтобы постепенно подавать энергию в первичную обмотку с каждым циклом, можно использовать разные схемы. В одной схеме используется генератор Колпитца .

В катушках Тесла система прерывистого переключения, «контроллер цепи» или «разрыв», используется для подачи импульсного сигнала в первичную катушку; вторичная обмотка затем звенит и гаснет.

Катушки приемника и схемы

Приемник смарт-карты имеет катушку, подключенную к микросхеме, которая обеспечивает емкость для создания резонанса, а также регуляторы для обеспечения подходящего напряжения.

Вторичные катушки приемника аналогичны конструкции первичных катушек передачи. Работа вторичной обмотки на той же резонансной частоте, что и первичная, обеспечивает низкий импеданс вторичной обмотки на частоте передатчика и оптимальное поглощение энергии.

Пример приемной катушки. Катушка заряжена конденсатором и двумя светодиодами. Катушка и конденсатор образуют последовательный LC-контур, настроенный на резонансную частоту, которая соответствует передающей катушке, расположенной внутри коричневого мата. Мощность передается на расстояние 13 дюймов (33 см).

Для отвода энергии от вторичной обмотки можно использовать разные методы, переменный ток можно использовать напрямую или выпрямить, а для генерации постоянного напряжения можно использовать схему регулятора.

Смотрите также

Рекомендации

внешняя ссылка

Резонанс — как источник энергии

В данной статье узнаем про резонанс — как источник энергии.

В средствах массовой информации с огромным «резонансом» говорят о РЕЗОНАНСЕ – как источнике энергии. Предлагаю разобраться с Вами, что такое электрический резонанс? Далеко ходить не будем, рассмотрим происходящие процессы в классическом LC резонансном контуре. Собственно других резонансных систем в электронике не существует. Прежде стоит отметить: бывают последовательный и параллельный колебательный (резонансный) контур. Процессы в обоих видах контуров протекают одинаково, отличие только в принципах питания.

Наиболее привлекателен, как источник энергии — параллельный колебательный контур, который все известные личности (в том числе Н. Тесла) использовали и используют в своих изобретениях и разработках. На его примере, проще рассматривать протекание тока питания и контурного тока.

Любой колебательный контур состоит из двух элементов — ёмкости С и индуктивности L. Общая ёмкость контура состоит из собственной ёмкости конденсатора входящего в состав контура, и паразитных емкостей подключенных к контуру цепей — ёмкости входной цепи, межвитковой ёмкости катушки индуктивности, ёмкости цепи нагрузки. Общая индуктивность контура состоит из собственной индуктивности катушки входящей в состав контура, и паразитных индуктивностей подключенных к контуру цепей — образуемых, как правило, длинами выводов конденсатора, транзистора, проводников цепи нагрузки. На частотах, до десятков мегагерц, паразитные ёмкости и паразитные индуктивности не значительно влияют на потери энергии резонансного контура, поэтому ими можно с достаточной уверенностью пренебречь, произведя подстройку частоты собственными элементами контура — катушкой индуктивности L , или конденсатором С.

 

Но колебательный контур обладает ещё одним параметром, оказывающим значительное влияние на потери энергии контуром — резистивным сопротивлением R , которое складывается из сопротивлений потерь в конденсаторе и катушке индуктивности, сопротивления выходного транзисторного каскада (в закрытом состоянии), и самое главное — сопротивления цепи нагрузки. Полная схема параллельного колебательного контура с резистивным сопротивлением изображена на рисунке, где C , L и R — суммарные значения ёмкостей, индуктивностей и резистивного сопротивления контура. Вообще, есть понятие – импеданс, но я не буду забивать вам голову этим понятием, а буду объяснять по простому.

Для того, чтобы понять, как C , L и R «работают» совместно, нам необходимо рассмотреть Амплитудно-частотную характеристику контура. Но сделаем мы это не на традиционном графике АЧХ, как упрощённо сделано в статье Колебательный контур. Резонанс. Изображённые ниже формулы и частотная характеристика, объясняют состояние и зависимость реактивных сопротивлений конденсатора XC и катушки индуктивности XL от частоты f.

На графике изображена линия зависимости реактивного сопротивления конденсатора XC от частоты f, которая указывает, что на низких частотах реактивное сопротивление конденсатора максимально, а с повышением частоты уменьшается по экспоненте — конденсатор превращается в «проводник». Линия зависимости реактивного сопротивления катушки индуктивности XL от частоты f, указывает, что катушка индуктивности ведёт себя наоборот, на низких частотах реактивное сопротивление катушки минимально — катушка индуктивности — «проводник», а с повышением частоты увеличивается, но не по экспоненте, а по прямой. Резистивное сопротивление контура R, никак от изменения частоты не зависит. Так как элементы контура соединены параллельно, то и складывать сопротивления конденсатора ХC, катушки индуктивности ХL и резистивное сопротивление контура R мы будем по формуле параллельного соединения резисторов, (подробнее в статье:Резистор).

По результирующему графику суммарного сопротивления резонансного контура мы видим, что имеется определённая частота, на которой значения сопротивления конденсатора ХC и катушки индуктивности ХL одинаковы, это и есть резонансная частота. Этот график фактически (но не совсем) является амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) контура.

Таким образом, можно сделать вывод, что элементы колебательного контура являются нагрузкой для электрического тока, могут поглощать подводимую энергию. Для подъёма АЧХ контура, необходимо увеличить общее сопротивление контура. Это можно сделать путём увеличения его составляющих — сопротивления конденсатора ХC, катушки индуктивности ХL и резистивного сопротивления контура R. Для повышения характеристики АЧХ и для того, чтобы частота не «уходила», необходимо одновременно увеличивая индуктивность катушки, уменьшать ёмкость конденсатора. Это следует из правила, согласно которому, на резонансной частоте величины ХC = ХL. Приведём формулу Томсона, получаемую из выражений зависимости ХC и ХL от частоты и подтверждающую это утверждение:

Из формулы Томсона следует, что на одной и той же частоте может работать множество контуров с разными величинами L и С, но с одинаковым произведением . Если же мы уменьшим сопротивление R , то и общее сопротивление колебательной системы так же снизится, что приведёт к потерям энергии.
Когда мы говорим о возможности получения энергии из колебательного контура, мы говорим об уменьшении сопротивления R , а это по известному закону Ома «не знаешь Ома, сиди дома», или I=U/R приводит к снижению амплитуды резонансных колебаний.

Отношение энергии, запасенной реактивными элементами контура, к энергии омических (резистивных) потерь за период, принято называть добротностью Q. Она то и зависит от вышеописанных физических величин:

Где, же дополнительная энергия резонансного контура? Всё вышеописанное ранее в этой статье, проводилось без учёта главного явления любого электрического резонансного контура – контурного тока.

 


 

Контурный ток

 

В связи с тем, что конденсатор и катушка индуктивности обладают реактивными свойствами, в колебательном контуре протекает контурный ток. Путь протекания этого тока проходит через конденсатор и катушку индуктивности. Направление этого тока меняется два раза за период колебаний. Этот процесс, наглядно изображён на примере простейшего транзисторного каскада на иллюстрации ниже:

Для упрощения, считаем, что транзистор работает без дополнительного смещения базы. Все переходные процессы протекания тока питания и контурного тока происходят в течение одного периода колебания, а в последующих периодах повторяются.

•Участок «0» временной характеристики, можно назвать первоначальным, когда процессы заряда и перезаряда ёмкости и индуктивности ещё не «устоялись», так как в начальный момент они разряжены. На этом этапе происходит заряд ёмкости от источника питания через открытый транзистор, при этом ток заряда сначала максимальный, а по окончании 1/4 периода падает до нуля. Ток в катушке индуктивности, обладающей инерционностью минимален. По окончании отрезка «0», контур переходит в резонансный «устоявшийся» режим.

•На участке «В» временной характеристики, когда конденсатор заряжен до напряжения источника питания, ток протекающий по пути «источник питания – катушка — открытый транзистор — источник питания» постепенно увеличивается. Когда в результате закрытия транзистора, напряжение на конденсаторе превысит потенциал, прикладываемый от источника тока, конденсатор начинает разряжаться через катушку индуктивности, к концу 1/2 периода разрядившись на неё полностью. Таким образом, в этот промежуток времени «В» через катушку индуктивности течёт два тока – ток источника питания и контурный ток разряда ёмкости.

•На участке «С» временной характеристики, когда переход транзистора закрыт, по причине инерционности катушки индуктивности происходит перезаряд конденсатора от катушки индуктивности. Катушка индуктивности полностью разряжается, а конденсатор оказывается заряженным противоположным потенциалом. Ток источника питания в этот момент «С» через элементы контура не течёт.

•На участке «D» временной характеристики, когда переход транзистора закрыт, происходит обратный разряд конденсатора на катушку индуктивности. Конденсатор полностью разряжается, а индуктивность наоборот, оказывается заряженной потенциалом противоположным источнику питания. Ток источника питания в этот момент «D» через элементы контура, по-прежнему, не течёт.

•На участке «А» временной характеристики, происходит заряд конденсатора от катушки индуктивности, а при разряде катушки до значения меньше напряжения источника питания подаваемого через открытый транзистор, конденсатор заряжается от источника питания. При этом ток заряда конденсатора сначала максимальный, а по окончании периода сигнала падает до нуля. Ток в катушке индуктивности, сначала — максимальный, а в конце временного интервала «А» становится равным нулю. В промежуток времени «А» через конденсатор течёт два тока – ток источника питания и контурный ток разряда ёмкости.

Процесс работы резонансного контура циклически повторяется по схеме: А – В – С – D – А.

Таким образом, в резонансном контуре ровно половину периода гармонического сигнала на участках А и В происходит сложение двух токов – тока источника питания и контурного тока, что в свою очередь с каждым периодом (процесса перезаряда) повышает энергию контура. Повышение энергии резонансного контура происходит только за счёт источника питания. Сколько в резонансный контур попадает энергии, столько энергии и тратится на нагрузку и потери в элементах схемы.

Почему то бытует мнение, что из электрического резонанса возможно получение «дополнительной», или «свободной» энергии, что для этого в контуре достаточно поддерживать резонанс. Выше описанные процессы, происходящие в электрическом резонансном контуре, полностью это опровергают, доказывая черезпериодное накопление энергии.

В интернете была статья, про то, что на каком-то заводе, какой-то электрик начитался статей про резонанс, и доработав понижающие трансформаторы на заводе снизил потребление энергии заводом на целый порядок.

Для учёта расхода энергии бывают счётчики активной энергии, которые стоят у нас в домах, и счётчики реактивной энергии, которые устанавливают на заводах. В чём разница? На предприятиях, как правило, имеется большое количество оборудования и станков, работающих на трёхфазных двигателях. Двигатель – это индуктивность, а наличие мощного двигателя подразумевает огромные токи. Для равномерности нагрузки мощных двигателей на трёхфазную сеть в каждый временной момент трёхфазного напряжения, в цепи питания устанавливают конденсаторы, которые совместно с обмотками двигателя образуют колебательные контура. Действие этих конденсаторов такое же, как было описано на участках А и В – во время действия сразу двух токов – тока источника питания и контурного тока. Счётчики активной энергии построены так, что заранее накопленная у потребителя энергия вносит ошибку в измерение. Как правило, это связано с «неправильным» подмагничиванием «токовой катушки». Счётчики активной энергии показывают энергию, расходованную двигателями, использующими «блоки конденсаторов», где то на одну треть меньше реально расходованной энергии. А вот счётчики реактивной энергии отлично с этим справляются. Этот «горе-электрик» не мог сделать никакой резонанс, хотя бы потому, что нагрузка потребителей на заводе в разгар дня – стабильна, а утром, в обед и вечером — величина не постоянная и скачет в широких пределах. Как было описано в этой статье, сопротивление нагрузки сильно влияет на выходную амплитуду резонансного контура. Стоило, кому ни будь на заводе, перед обеденным перерывом выключить мощный станок, то напряжение подскочило — бы и сожгло пару других станков, которые ещё не успели выключить другие рабочие. Я предполагаю, что он «химичил» со счётчиками, за что и был уволен.

 

В заключении статьи, хочу добавить для тех посетителей сайта, кто плохо учился в школе и поэтому в силу своего невежества искренне верит волшебникам:

Закон сохранения энергии никто не отменял! Вечного двигателя основанного на резонансе не бывает, и не может быть! При работе колебательного контура, происходит черезпериодное накопление энергии источника тока, поэтому в результате накопления, в определённый момент времени энергия контура может превышать подводимую к нему энергию. Энергия из «пустоты» не может появиться. «Свободная энергия» — это миф, порождённый малограмотными людьми, для людей себе подобных. Энергия присутствует во всём, что нас окружает, её только нужно правильно извлечь. Это различные химические соединения и элементы, природные явления, но не «Чудо», подобное тому, которое приписывают Тесле! И чем глупее сам «приписчик», тем «чуднее» в его голове выглядит этот выдающийся учёный. В помощь к получению энергии можно привлечь и электрический резонанс, но как вспомогательное явление, помогающее влиять на изменения свойств материалов. Не забивайте себе голову антинаучными идеями! Все, ныне существующие физические законы, никто в ближайшее время не опровергал, их только дополняли и корректировали, что с развитием техники было и всегда будет. Меньше обращайте внимание на малограмотные высказывания людей завлекающих к себе выдуманной сенсацией. Не верьте во всю чепуху, а сначала проводите анализ того, что написано в различных статьях, и что Вам излагают различные средства массовой информации.

Продукция | Новосибирский завод конденсаторов

Наименование Назначение Конструкция Параметры

ФТ

 

Конденсаторы пленочные постоянной емкости фторопластовые термостойкие.

Предназначены для работы в цепях переменного и пульсирующего токов. Применяются для производства мультивибраторов, блокинг-генераторов.

Изготавливаются в цилиндрическом металлическом корпусе с разнонаправленными проволочными (ФТ-1) или лепестковыми (ФТ-2, ФТ-3) выводами. Uном.=200÷600В  

Tдоп.=-60оСдо+200оС

Сном.=560пФ÷0,47мкФ

ΔСном.=±5%,±10%,±20%

ДМ

Пакеты конденсаторные слюдяные.

Предназначены для эксплуатации в уплотненных зарядных линиях, работающих в сухом конденсаторном или трансформаторном масле в импульсных режимах.

Применяются для использования в качестве делителей напряжения.

Изготавливаются в виде упакованных в плёнку конденсаторных секций. Сном.=3150пФ

ΔСном.=±5%

МБГЧ

Конденсаторы металлобумажные, герметизированные постоянной емкости.

Предназначены для работы в цепях переменного и пульсирующего токов. Применяются в качестве фазовыравнивающих пусковых конденсаторов используются в асинхронных двигателях.

Изготавливаются в прямоугольном металлическом корпусе во все климатическом исполнении и исполнении для умеренного и холодного климата. Uном.=250÷1000В

Tдоп.=-60оСдо+70оС

Сном.=0,25мкФ÷10мкФ

ΔСном.=±10%,±20%

МБГВ

 

Конденсаторы металлобумажные герметизированные постоянной емкости.

Предназначены для работы в цепях импульсного тока. В качестве накопителей энергии, для формирования мощных импульсов тока.

Изготавливаются в герметизированных прямоугольных металлических корпусах с лепестковыми выводами. Uном.=1000В

Tдоп.=-60оСдо+60оС

Сном.=100мкФ

ΔСном.=±5%,±10%

МБГО

Конденсаторы полиэтилентерефталатные металлизированные, герметизированные постоянной емкости.

Предназначены для работы в цепях постоянного и пульсирующего токов. В качестве встроенных элементов внутреннего монтажа аппаратуры.

Изготавливаются в герметизированных прямоугольных металлических корпусах с лепестковыми выводами. Uном.=160÷630В

Tдоп.=-60оСдо+100оС

Сном.=1мкФ÷30мкФ

ΔСном.=±10%,±20%

К78-36

Конденсаторы полипропиленовые металлизированные постоянной ёмкости.

Предназначены для работы в  цепях переменного тока 50Гц.

В качестве встроенных элементов внутри комплектных изделий, фазовыравнивающие для эл/двигателей, люминесцентных ламп, для производства бытовой техники.

Изготавливаются в цилиндрическом пластиковом или металлическом корпусе. Uном.=110÷600В

Tдоп.=-45оСдо+103оС

Сном.=1 мкФ÷100мкФ

ΔСном.=±5%,±10%

К75-25

Конденсаторы комбинированные фольговые, герметизированные изолированные постоянной ёмкости.

Предназначены для работы в импульсных режимах.

Применяются в радиолокационной технике в качестве помехоподавляющих элементов.

Изготавливаются в прямоугольном металлическом, герметизированном, сварном корпусе. Uном.=1÷50кВ

Tдоп.=-60оСдо+100оС

Сном.=0,001Ф÷2мкФ;

ΔСном. =±5%,±10%,±20%.

К73-27

Конденсаторы полиэтилентерефталатные фольговые, уплотнённые, проходные постоянной ёмкости.

Предназначены для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока.

Применяются в военной технике в качестве помехоподавляющих элементов.

Изготавливаются в цилиндрическом металлическом корпусе. Uном.=80В;  

Tдоп.=-60оСдо+100оС

Сном.=10мкФ

ΔСном.=±10%,±20%

К73-14

Конденсаторы полиэтилентерефталатные фольговые, постоянной ёмкости.

Предназначены для работы в цепях постоянного, переменного, пульсирующего тока.

Применяются в качестве встроенных элементов внутреннего монтажа аппаратуры, радиолокационной технике, бортовом радиоэлектронном оборудовании, медицинской технике.

Изготавливаются в цилиндрическом плёночном корпусе. Uном.=4÷25кВ

Tдоп.=-60оСдо+85оС

Сном.=470пФ÷0,1мкФ

ΔСном.=±5%,±10%,±20%

К72П-6

Конденсаторы фторопластовые, фольговые герметизированные изолированные постоянной емкости общего применения.

Предназначены для работы в цепях переменного, пульсирующего и импульсного тока.

Применяются для производства бытовой техники: кофемолок, миксеров, мясорубок. В фильтрах электродвигателей, для помехоподавления, в выходных каскадах передатчиков.

Изготавливаются в цилиндрическом металлическом корпусе. Uном.=200÷1600В

Tдоп.=-60оСдо+200оС

Сном.=470пФ÷1мкФ

ΔСном.=±5%,±10%

К75-95

Конденсаторы комбинированные, герметизированные, частотные, постоянной ёмкости.

Предназначены для работы в цепях переменного, постоянного и пульсирующего тока.

Применяются в производстве бытовой техники, преобразователях для электротранспорта, в станциях управления лифтом.

Изготавливаются в герметизированных прямоугольных металлических корпусах с лепестковыми выводами. Uном.=630÷1000В

Tдоп.=-60оСдо+125оС

Сном.=1мкФ÷6мкФ

ΔСном.=±10%,±20%

К75-87

Конденсаторы комбинированные, уплотнённые постоянной ёмкости (Автомобильные).

Предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и пульсирующего токов.

Применяются в системах зажигания и других устройствах автомобильного и автотракторного оборудования.

Изготавливаются в цилиндрическом металлическом корпусе. Uном.=400В

Tдоп.=-60оСдо+85оС

Сном.=0,22мкФ÷0,33мкФ

ΔСном.=±20%

К75-79

 

Конденсаторные блоки защищённые, изолированные, постоянной ёмкости.

Предназначены для работы в качестве встроенных элементов.

Применяются в производстве бытовой техники в качестве помехоподавляющих элементов.

Блоки конденсаторов изготавливаются одного типоразмера и двух вариантов состоят из 3-ёх секций, в пластиковом корпусе с проволочными выводами. Uном.=250В

Tдоп.=-60оСдо+70оС

Сном.=0,1мкФ+2х0,0022мкФ ÷ 0,68мкФ+2х0,01мкФ

ΔСном.=±20%

ООО «Резонансные трансформаторы» помогают экономить энергию.

Краткое описание пресс-релиза:

С переключением при нулевом напряжении модель P6503 мощностью 200 Вт и модель P6504 мощностью 300 Вт подходят для использования в сочетании с восходящей схемой коррекции коэффициента мощности в приложениях, где требуется максимальная эффективность с низкими потерями мощности. Оба полумоста, RoHS- Совместимые трансформаторы имеют 2000 В среднеквадратического значения, 1 мА, 5-секундную изоляцию и рабочую температуру от -40 до + 100 ° C.




Оригинальный пресс-релиз:


Half Bridge LLC Resonant Transformers

Gardena, CA — В сегодняшней энергосберегающей среде производители электронной продукции сосредоточены на эффективности, поскольку они постоянно сталкиваются со сложной задачей повышение производительности при меньшем потреблении энергии.Чтобы помочь нашим клиентам в их усилиях по энергосбережению, MPS Industries представляет два новых резонансных трансформатора LLC (P6503 и P6504), которые обеспечивают очень высокий КПД и очень низкие потери мощности.

Эти трансформаторы идеально подходят для использования в сочетании с восходящей схемой коррекции коэффициента мощности в приложениях, требующих максимальной эффективности, таких как резонансный преобразователь LLC. Резонансная топология LLC допускает переключение при нулевом напряжении (ZVS), что приводит к значительному снижению коммутационных потерь и значительному повышению эффективности.Новые полумостовые резонансные трансформаторы LLC от MPS Industries идеально подходят для таких применений, и наша команда высококвалифицированных инженеров также готова работать с нашими клиентами над разработкой индивидуальных решений для удовлетворения индивидуальных потребностей.

Для получения дополнительной информации о различных конфигурациях и пакетах, которые мы предлагаем, свяжитесь с торговым представителем MPS ([email protected]) сегодня.

О компании MPS Industries

MPS Industries, Inc. — ведущий разработчик и производитель электронных компонентов, специализирующийся на индивидуальных трансформаторах, индукторах, синфазных дросселях, датчиках тока и других магнитных компонентах.Наша широкая линейка продуктов охватывает широкий спектр приложений в отраслях промышленности, включая автомобильную, промышленную, медицинскую, военную и аэрокосмическую, телекоммуникационную и бытовую электронику. Наши производственные мощности сертифицированы по ISO 9001: 2008.

Связаться с этой компанией

Больше от Electronic Components & Devices

Топологии резонансных преобразователей

LLC для DC-DC каскада OBC

Выбор схемы преобразователя постоянного тока для бортового зарядного устройства (OBC) основан на целевых показателях эффективности, производительности и удельной мощности, для которых предпочтительны резонансные преобразователи. В этой статье представлены популярные топологии двунаправленных преобразователей на основе LLC и LLC, описанные в литературе.

Введение

Типичная архитектура OBC, показанная на рис. 1.1, имеет двунаправленный входной каскад переменного / постоянного тока, за которым следует изолированный двунаправленный преобразователь постоянного тока в постоянный, заряжающий высоковольтную батарею. Разработчики должны соответствовать целевым показателям производительности, эффективности и плотности мощности для всего диапазона напряжений сети и батарей. Для каскадов переменного и постоянного тока предпочтительным решением является коррекция коэффициента мощности Totem-pole.Алгоритмы зарядки реализованы на этапе постоянного-постоянного тока. DC-DC переключается на высокой частоте и требует топологии с мягким переключением в обоих направлениях, даже при использовании устройств с широкой запрещенной зоной.

Рисунок 1.1: Типовая силовая передача OBC

Полный мост с фазовым сдвигом [1] является подходящей топологией, но страдает такими проблемами, как ограниченный диапазон переключения при нулевом напряжении (ZVS), потеря мощности для получения ZVS, демпферы для вторичных устройств и т. Д.Двойной активный мост также работает с ZVS, но имеет лучшую производительность для фиксированного выхода. Для большой мощности предпочтительны резонансные преобразователи, поскольку они предлагают плавное переключение во всех устройствах даже на высокой частоте с низким уровнем электромагнитных помех.

Малое количество компонентов, использование индуктивности рассеяния трансформатора для резонанса и отсутствие схем демпфера / зажима — другие дополнительные преимущества. Выпрямитель на основе полевых транзисторов делает преобразователь двунаправленным. В этой статье описываются полученные от LLC и LLC топологии для постоянного / постоянного тока и описываются проблемы проектирования OBC с этими преобразователями.

Резонансный преобразователь постоянного тока в постоянный для Bi-OBC

Технические характеристики каскада постоянного / постоянного тока типичного OBC мощностью 6,6 кВт показаны в таблице 2.1. Конструкция рассчитана на максимальную мощность, а ток и тепловая нагрузка определены для режима зарядки. Обратите внимание, что требования к эффективности являются строгими в обоих режимах.

Параметр Значение Примечания
Модуль зарядки аккумулятора
Входное напряжение 400 В С пульсацией 40Vpk-pk на удвоенной частоте сети
Номинальное выходное напряжение 330 В
Диапазон выходного напряжения 200 В — 450 В
Выходная мощность 6.6кВт
Макс.выходной ток 20A Для 330 В и ниже
Режим разгрузки
Номинальное входное напряжение 330 В
Диапазон входного напряжения 200 В — 450 В
Выходное напряжение 400 В Вход в каскад инвертора связи сети
Максимальная выходная мощность 3. 3кВт
Общие технические условия
Целевой показатель эффективности > 98% Для общего КПД 96%
Изоляция 3 кВ
Таблица 2.1: Технические характеристики ступени постоянного / постоянного тока OBC

LLC Резонансный преобразователь

Силовой каскад LLC показан на Рисунке 2.1. Схема имеет две полные мостовые схемы, разделенные изолирующим трансформатором.Коэффициент трансформации установлен на номинальное рабочее напряжение. Резонансное усиление резервуара зависит от резонансных элементов (Lm, Lr и Cr), нагрузки и частоты переключения.

Рисунок 2.1: Силовой каскад LLC преобразователя

Процедура проектирования преобразователя

LLC не является прямой, и для определения оптимальных значений резонансных компонентов резервуара потребуются некоторые итерации. Шаги проектирования приведены ниже

.

1. Установите коэффициент трансформации трансформатора (Н) в зависимости от номинального рабочего входного и выходного напряжений (400 В на входе и 330 В на выходе)

2.Определите требования к максимальному и минимальному усилению из параметров преобразователя в таблице 2.1. Максимальное усиление оценивается с максимальным выходным напряжением и минимальным входным напряжением (которое является минимальным напряжением, учитывая содержание пульсаций линейной частоты на выходе PFC). Аналогично, пик входного напряжения должен использоваться для расчета минимального усиления

3. Рассчитайте диапазоны частот коммутации. Это будет итеративный процесс, который потребует настройки параметров резервуара Q (коэффициент качества) и M (отношение Lm к Lr)

  • Установите значение резонансной частоты.Высокая частота предпочтительна для уменьшения размера трансформатора. Кроме того, емкость выходного фильтра и значение резонансной емкости уменьшаются с частотой. Однако при выборе частоты необходимо контролировать потери при отключении трансформатора и полевого транзистора.

  • Определение максимального значения Lm при резонансе, которое требуется для разряда Coss полевых транзисторов и помощи в включении ZVS первичных устройств.

  • Установите начальное значение M. Высокое значение M указывает на высокую индуктивность намагничивания и низкую циркулирующую энергию, но достижимый коэффициент усиления ограничен.При низком значении M высокий коэффициент усиления может быть достигнут в узких частотных диапазонах. Результирующая индуктивность намагничивания меньше, а соответствующий циркулирующий ток и потери велики. Значение от 6 до 10 достаточно для начала с [6].

  • Выберите Q, исходя из требований к максимальному усилению при полной нагрузке. Если усиления недостаточно, то значение M необходимо уменьшить. Диапазон усиления должен быть достигнут для всего диапазона нагрузок или диапазона Q.

  • Частотный диапазон для соответствующих коэффициентов усиления должен быть небольшим, а минимальная частота должна иметь небольшое влияние на размер и потери магнитного поля.Повторите дизайн Q и M для соответствия критериям усиления и диапазона частот

4. При значениях M и Q окончательно устанавливаются значения Lr, Cr и Lm.

Преобразователь LLC имеет возможность двунаправленного потока мощности. Но в режиме разряда индуктивность намагничивания непосредственно появляется через батарею, за которой следуют Lr и Cr, что дает конфигурацию типа последовательного резонансного преобразователя. Кривые усиления LLC при зарядке и разрядке из [4] показаны на рисунке 2.2. Кривые разряда не показывают усиления напряжения от преобразователя, что приведет к нерегулируемому выходу. В [2] LLC переключается на резонансной частоте в режиме разрядки и дополнительной ступени повышающего преобразователя после того, как LLC регулирует вход в ступень PFC. Ступень наддува обходит реле в режиме зарядки аккумулятора. Однако этот метод увеличивает стоимость компонентов и размер системы.

Рисунок 2.2: Кривые усиления в режиме зарядки и разрядки LLC

Резонансный преобразователь CLLLC

Двунаправленный резонансный преобразователь CLLLC с 5 резонансными элементами показан на рисунке 2.3. Резонансный резервуар симметричен, и преобразователь имеет примерно одинаковые кривые усиления для режимов зарядки и разрядки.

Рисунок 2.3: Силовой каскад преобразователя CLLLC

Метод проектирования силового каскада CLLLC аналогичен преобразователю LLC. Все резонансные элементы во вторичной обмотке относятся к первичной, и эквивалентная схема дает передаточную функцию. Чтобы упростить этап проектирования, предполагается, что отраженный Lrs такой же, как Lrp, и устанавливается отношение отраженного Crs к Crp.Эквивалентные значения M и Q настраиваются для соответствия критериям усиления и диапазона частот в обоих режимах. При выборе значения M гарантируется, что кривые усиления монотонно убывают без множественных пиков, чтобы обеспечить линейное управление во всем диапазоне рабочих частот.

Резонансный преобразователь CLLC является производным от CLLLC, в котором исключена резонансная индуктивность вторичной стороны. Однако Crs требуется для настройки кривых усиления для режима разрядки. Если также необходимо использовать индуктивность рассеяния трансформатора, то эквивалентная конфигурация становится типом CLLLC.Пример конструкции и экспериментальные результаты с CLLLC для OBC 3,5 кВт представлены в [3].

CLLLC с переменным напряжением промежуточного контура

Изменение частоты для регулирования мощности отклоняет преобразователь от резонанса, точки, для которой преобразователь оптимизирован. Чтобы минимизировать размах частоты, напряжение на шине постоянного тока изменяется в зависимости от требуемого выходного напряжения. Коэффициент трансформации регулируется таким образом, чтобы минимальное выходное напряжение соответствовало шине постоянного тока 400 В, а затем звено постоянного тока изменялось линейно в соответствии с заданным выходным заданием. В схеме [4] представлены кривые усиления, поскольку на рисунке 2.4 показано значительное уменьшение частотного диапазона.

Рисунок 2.4: Кривые усиления для фиксированной шины постоянного и переменного постоянного тока CLLLC

Заключение

Резонансный преобразователь

, несомненно, является предпочтительным выбором для преобразования постоянного тока в постоянный для OBC. Используя современные устройства с широкой запрещенной зоной, разработчики могут легко добиться высокой эффективности на высоких частотах. В статье описаны популярные конфигурации резонансных преобразователей на базе LLC-преобразователя.В литературе представлены методы проектирования для соответствия спецификациям двунаправленного OBC.

Об авторах

Милинд Диграскер имеет степень магистра в области энергетики и управления в ИИТ Канпур и степень бакалавра в области электротехники в Государственном инженерном колледже Биласпура. Он стал соучредителем компании Enstin lab Pvt Ltd, предоставляющей дизайнерские услуги. В настоящее время он работает там в качестве технического директора, отвечающего за руководство и предоставление возможности высоко ориентированной на клиента технологической команде разрабатывать инновационные и энергоэффективные продукты.

Радж (Тиагараджан) Венкатачалам имеет степень магистра силовой и прикладной электроники в Индийском институте науки и степень бакалавра промышленной электроники в технологическом колледже PSG. Он специализируется на руководстве технически квалифицированными командами на всех этапах разработки, от определения технических требований до выпуска продукта, включая анализ затрат и планирование. В настоящее время он является генеральным директором и соучредителем Enstin Labs Pvt. Ltd. с июля 2017 года.

Вишвас Кедлая имеет степень магистра промышленной электроники в инженерном колледже Шри Джаячамараджендры и степень магистра электротехники и электроники в технологическом институте NMAM. В настоящее время он работает техническим руководителем в Enstin Labs Pvt. Ltd. с января 2019 года.

Список литературы
  1. Ю. Ким, С. О, В. Сунг и Б. К. Ли, «Топология и схема управления интегрированного силового блока OBC – LDC для электромобилей», в IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 32, нет. 3. С. 1731-1743, март 2017.
  2. Х. Ли и др., «Двунаправленное бортовое зарядное устройство на SiC 6,6 кВт», Конференция и выставка IEEE Applied Power Electronics, 2018, Сан-Антонио, Техас, 2018, стр.1171-1178.
  3. З. У. Захид, З. М. Далала, Р. Чен, Б. Чен и Дж. Лай, «Проектирование двунаправленного резонансного преобразователя постоянного тока в постоянный ток для приложений« автомобиль-сеть »(V2G)», в IEEE Transactions on Transport Electrification, vol. 1, вып. 3, pp. 232–244, октябрь 2015 г.
  4. Б. Ли, Ф. К. Ли, К. Ли и З. Лю, «Двунаправленная архитектура бортового зарядного устройства и управление для достижения сверхвысокой эффективности с широким диапазоном напряжения батареи», Конференция и выставка IEEE Applied Power Electronics 2017 (APEC ), Тампа, Флорида, 2017, стр. 3688-3694.
  5. Li, Hongbin et al. «Бортовое зарядное устройство SiC Bidirectional LLC, 300 кГц, 6,6 кВт». IEEE Transactions on Industrial Electronics 67 (2020): 1435-1445.
  6. Замечания по применению AN2012-09, «Resonant LLC Converter: Работа и конструкция, 250 Вт, 33 В, 400 В, пример конструкции», Infineon Technologies

Эта статья изначально была опубликована в журнале Bodo’s PowerSystems.

обеспечивает беспроводную передачу энергии на мобильные объекты с высокой эффективностью — также может использоваться для вращающихся частей, таких как рука робота | TDK Developing Technologies

Как одна из технологий «Привлечение завтрашнего дня», TDK работает над разработкой технологии беспроводной передачи энергии.Подобно тому, как технология беспроводной связи и технология ИКТ привели к революции в области электросвязи, распространение беспроводной передачи энергии также приведет к радикальным инновациям в промышленности и социальной инфраструктуре, а также в образе жизни.

Беспроводная передача энергии (WPT) посредством передачи беспроводной / бесконтактной энергии не только используется для зарядки аккумуляторов в мобильных устройствах, таких как смартфоны, и в электромобилях, но также все чаще используется в полевых условиях. промышленного применения.В дополнение к типу беспроводной передачи энергии с электромагнитной индукцией, соответствующей стандартам Qi и PMA, TDK также была одной из первых компаний, работающих над технической разработкой метода магнитного резонанса, который в последнее время привлекает внимание.

В этой статье представлена ​​технология беспроводной передачи энергии с использованием одной из технологий магнитного резонанса, которые были недавно разработаны TDK для различных промышленных приложений, включая роботов. TDK собрал три силовые платформы мощностью 1 кВт, 200 Вт и 50 Вт, которые позволяют гибко строить систему для удовлетворения требований приложений, таких как передача мощности к движущимся частям транспортных средств с автоматическим управлением (AGV) и лифтов, передача мощности на вращающиеся части, такие как роботизированное оружие и камеры наблюдения и т. д.Беспроводная передача энергии для промышленных приложений: устраняет необходимость в кабелях питания, обеспечивает безопасную и надежную автоматическую зарядку, улучшает рабочую среду, повышает эффективность производства, потенциально снижает затраты, а также позволяет передавать мощность в суровых условиях, недоступных для людей.

Достоинства технологии беспроводной передачи энергии от TDK для промышленного оборудования

  • Беспроводная система передачи энергии, использующая магнитный резонанс для гибкости в выравнивании, близости, ориентации и размере между двумя катушками.
  • Миниатюризация и высокая эффективность были достигнуты с использованием новейших технологий магнитных диэлектрических материалов.
  • Встроенные резонансные конденсаторы для согласованной резонансной настройки.
  • Оптимизированные решения для энергосистем на платформах мощностью 1 кВт, 200 Вт и 50 Вт.

Преимущества использования технологий беспроводной передачи энергии

  • В дополнение к системам мощностью 1 кВт и 200 Вт для AGV, лифтов и мобильных роботов, системы мощностью 50 Вт идеально подходят для вращения манипуляторов роботов и камер наблюдения.
  • Повышенное удобство / меньшие затраты на обслуживание: частая замена батареи не требуется, а автоматическая зарядка сокращает объем обслуживания.
  • Повышенная надежность: отсутствие открытых соединений устраняет такие дефекты, как деградация, загрязнение и износ электродов. Отсутствие соединительных электродов упрощает конструктивное проектирование для защиты от пыли и гидроизоляции. Кроме того, беспроводная передача энергии возможна как через стекло, так и под водой.
  • Повышенная безопасность: теперь зарядка возможна на автозаправочных станциях и площадках бурения нефтяных скважин, где до сих пор было запрещено использование розеток. Благодаря отсутствию прямых электрических контактов беспроводная передача энергии устраняет опасения возгорания.

Предпосылки: Различные технологии беспроводной передачи энергии

Идея беспроводной передачи энергии существует уже давно. Никола Тесла и другие пионеры проводили эксперименты по беспроводной передаче энергии с использованием электромагнитных волн еще в 1880-х годах. В таблице 1 показаны некоторые типичные системы беспроводной передачи энергии.

Таблица 1 Типичные системы беспроводной передачи энергии
Принцип / метод Передача
дистанция
Безызлучательный тип
Эффективность ○
Расстояние ×
Муфта электрического поля Резонанс электрического поля До нескольких см
Магнитная муфта Электромагнитная индукция
До нескольких см Применяется во многих областях с 1990-х годов.TDK активно использует эту технологию.
Магнитный резонанс
До нескольких 10 см Этот метод, зародившийся благодаря исследовательским работам, представленным в Массачусетском технологическом институте в 2006 году, находился в разработке с начала 90-х годов и сейчас развивается во всем мире. TDK глубоко вовлечен в эту технологию (представленную в этой статье).
Тип излучения
КПД ×
Расстояние ○
Микроволновая печь До нескольких метров
Лазер До нескольких метров

1) Другие технологии WPT включают в себя технологии на основе RF и ультразвука.2) Расстояния передачи основаны на примерах общих систем.

Беспроводную передачу энергии можно в общих чертах классифицировать на радиационный тип, при котором энергия передается с помощью радиоволн (микроволнового излучения) или лазера, и на безызлучательный тип, при котором энергия передается с использованием электрического поля или магнитного поля. Излучательный тип имеет то преимущество, что он может передаваться на большие расстояния, но потери энергии из-за условий окружающей среды и т. Д. Велики, и поэтому передача не столь эффективна. По сравнению с этим, безызлучательный тип в основном предназначен для максимального снижения потерь энергии и, следовательно, дает лучшую эффективность передачи, чем излучательный тип, но его слабость заключается в том, что расстояние передачи ограничено.

Существует два типа безызлучательных систем беспроводной передачи энергии, а именно, тип связи по магнитному полю и тип связи по электрическому полю. Из них метод беспроводной передачи энергии методом электромагнитной индукции с магнитным полем широко используется с 1990-х годов для зарядки батарей беспроводных телефонов, электробритв, электрических зубных щеток и т. Д.Уже реализованы электрические автобусы, в которых используется метод электромагнитной индукции для беспроводной зарядки аккумулятора. Кроме того, в продаже имеются различные типы зарядных устройств и зарядных подставок, в которых используется метод электромагнитной индукции (например, стандарты Qi и PMA) для зарядки аккумуляторов мобильных устройств, таких как смартфоны.

В отношении метода магнитного резонанса большой интерес вызвал исследовательские работы, представленные в 2006 и 2007 годах в MIT (Массачусетский технологический институт).Благодаря такому повышенному вниманию начались экспериментальные исследования концепции, которые в настоящее время приводят к разработке продуктов во всем мире. TDK — один из первых, кто применяет технологии электромагнитной индукции и магнитного резонанса.

От метода электромагнитной индукции к методу магнитного резонанса

Принцип / метод Расстояние передачи
Безызлучательный тип
Эффективность ○
Расстояние ×
Магнитная муфта Электромагнитная индукция
До нескольких см
  • Состоит из усилителя, катушки передачи энергии, катушки приема энергии, блока приема энергии и т. Д.
  • Низкая стоимость
  • Эффективность передачи резко падает при увеличении расстояния между катушкой, передающей энергию, и катушкой приема энергии
  • Особое внимание уделяется коэффициенту связи системы
Магнитный резонанс
До нескольких 10 см
  • Конденсатор вставлен в сторону передачи энергии, а также в сторону приема энергии, чтобы сформировать LC-резонансный контур.
  • Мощность передается путем согласования резонансной частоты стороны передачи энергии и стороны приема энергии
  • Минимальное падение эффективности передачи из-за расстояния
  • Упор на катушки Фактор качества (Q)

Различия между методом электромагнитной индукции и методом магнитного резонанса объясняются на основе принципа трансформатора, используемого в импульсном источнике питания (Рисунок 1).Трансформатор представляет собой устройство со структурой, в которой первичная обмотка и вторичная обмотка намотаны вокруг магнитопровода. Первичная обмотка и вторичная обмотка электрически изолированы, но изменение магнитного потока, создаваемое током, протекающим через первичную обмотку (ток возбуждения), передается во вторичную обмотку через магнитный сердечник, и электродвижущая сила создается из-за электромагнитной индукции. эффект, заставляющий ток течь во вторичную обмотку (индуцированный ток).

Метод электромагнитной индукции

Метод электромагнитной индукции беспроводной передачи энергии использует систему, которая состоит из блока усилителя, катушки передачи энергии, катушки приема энергии и блока приема энергии. Блок катушки передачи энергии и блок катушки приема энергии аналогичны конструкции, в которой сердечник трансформатора разделен для создания пустого пространства или «воздушного зазора». Электромагнитный метод беспроводной передачи энергии имеет то достоинство, что он может быть реализован с низкими затратами, поскольку система проста, но по мере увеличения расстояния между катушкой передачи энергии и катушкой приема энергии эффективность передачи резко падает из-за уменьшения магнитной связи.По мере увеличения расстояния между катушками часть магнитного потока становится потоком рассеяния, который затем ослабляет магнитную связь между катушками.

Рисунок 1 Основной принцип трансформатора и беспроводной системы передачи энергии с использованием метода связи магнитного поля

Магнитно-резонансный метод

Магнитно-резонансный метод беспроводной передачи энергии — это метод, который появился для преодоления проблемы падения эффективности из-за расстояния между катушкой, передающей энергию, и катушкой приема энергии. Магнитный резонанс — это особый случай магнитной индукции.
Степень магнитной связи между стороной передачи энергии и стороной приема энергии выражается величиной, известной как коэффициент связи. Если индуктивность катушки передачи энергии и катушки приема энергии равна L1 и L2 соответственно, а взаимная индуктивность равна M, коэффициент (или коэффициент) связи k выражается следующей формулой.

Коэффициент связи — это значение в диапазоне 0 k ≦ 1, и в идеале он равен 1 (= 100% эффективность передачи) в отсутствие потока утечки.Но по мере того, как расстояние между катушками увеличивается, и по мере того, как расстояние между центрами катушек увеличивается, увеличивается поток утечки, в результате чего коэффициент связи падает.
В методе магнитного резонанса конденсатор вставляется на стороне передачи энергии, а также на стороне приема энергии, чтобы сформировать резонансный контур LC (катушка индуктивности и конденсатор), а мощность передается путем согласования резонансной частоты с обеих сторон. Его достоинство в том, что высокая эффективность передачи может быть получена даже при низком коэффициенте связи, обычно 0.5 (рисунок 2).

Рисунок 2 Основной принцип магнитно-резонансного метода беспроводной передачи энергии

Метод магнитного резонанса, при котором эффективность переноса не падает легко из-за расстояния

Взаимосвязь расстояния между катушкой, передающей энергию, и катушкой приема энергии, и эффективности передачи, как в методах электромагнитной индукции, так и в методах магнитного резонанса, показаны на рисунке 3. Это сравнительный пример двух катушек размером 40 x 40 см. которые обращены друг к другу, и их относительное положение затем изменяется. По мере того, как расстояние между катушками (по оси Z) постепенно увеличивается, в методе электромагнитной индукции эффективность передачи падает примерно до 40% на расстоянии примерно в половину диаметра катушки, но в методе магнитного резонанса передача КПД поддерживается на уровне 90% и более.
И, если расстояние между катушками поддерживается равным 10 см и выравнивание между ними изменяется (по оси X), , когда расстояние несовпадения между центром катушек составляет 20 см, эффективность передачи падает до 40% в метод электромагнитной индукции, но в методе магнитного резонанса эффективность передачи сохраняется на уровне 90%.

Рисунок 3 Сравнение расстояния между катушками и эффективности передачи при использовании метода электромагнитной индукции и метода магнитного резонанса

Как метод электромагнитной индукции, так и метод магнитного резонанса представляют собой беспроводные системы передачи энергии, в которых используется магнитная связь, и передача мощности с использованием высокочастотного источника питания для передачи изменения высокочастотного магнитного поля от катушки передачи энергии к приемнику энергии. катушка.Несмотря на то, что это изменение высокочастотного магнитного поля, это не электромагнитная волна. Изменения в магнитном поле высвобождаются в виде электромагнитных волн в области дальней поля, которая представляет собой расстояние 1 / 2π (примерно 1/6) от источника, в то время как оно ведет себя как магнитное поле в области ближнего поля, которое ближе к источник, а его интенсивность обратно пропорциональна квадрату расстояния. Вот почему расстояние передачи энергии в методе электромагнитной индукции мало.

Благодаря нововведениям в схеме в методе магнитного резонанса, даже когда расстояние между катушками составляет половину диаметра катушки или более, мощность может передаваться с высокой эффективностью. И, , поскольку метод магнитного резонанса поддерживает передачу в широком диапазоне мощности, от уровней ниже 1 Вт до высокого уровня мощности более 10 кВт, есть большие ожидания, что он станет одним из основных методов беспроводной передачи энергии в промышленных приложениях. .

Технические проблемы с методом магнитного резонанса

Максимальная эффективность передачи в методе магнитного резонанса выражается как функция произведения коэффициента связи (k) и коэффициента качества (Q) катушки (произведение kQ). Даже если коэффициент связи низкий, высокая эффективность передачи может быть получена путем увеличения добротности катушек. Это его самое большое отличие от метода магнитной индукции. Но, , необходимо преодолеть несколько проблем, чтобы реализовать метод магнитного резонанса беспроводной передачи энергии.

Q-значение катушки выражается как Q = 2πfL / R (где f — резонансная частота, L — индуктивность катушки, а R — составляющая сопротивления катушки переменного тока). Согласно этой формуле, если индуктивность увеличивается за счет увеличения диаметра катушки или увеличения числа витков катушки, теоретически Q будет увеличиваться. Однако, поскольку в этом случае также увеличивается составляющая сопротивления, необходимо, , оптимизировать форму и размер катушек во время проектирования катушек, чтобы сбалансировать обе.

Еще одно требование: должен поддерживать изменения резонансной частоты . В методе магнитного резонанса максимальная эффективность передачи может быть получена, когда катушка передачи энергии и катушка приема энергии расположены на оптимальном расстоянии друг от друга. В отличие от метода электромагнитной индукции, уменьшение этого расстояния может привести к снижению эффективности передачи вместо увеличения. Это связано с тем, что при отклонении от оптимального расстояния взаимная индуктивность M изменяется, вызывая изменение коэффициента связи и резонансной частоты.Кроме того, паразитная емкость от объектов вокруг катушек также влияет на резонансную частоту, что приводит к ненастроенной, неоптимизированной системе.

Следовательно, в методе магнитного резонанса обычно требуется специальная схема для автоматического отслеживания и настройки схемы для достижения максимальной эффективности, что делает систему более сложной, чем метод электромагнитной индукции. Существуют различные методы компенсации этих колебаний резонансной частоты, но это наиболее важный технический аспект в методе магнитного резонанса, наряду с технологией конструкции катушки.

Портфолио разработок беспроводных систем передачи энергии для промышленного оборудования от TDK

TDK фокусируется на беспроводной передаче энергии для трех основных рынков, а именно, ИКТ, автомобилестроения, промышленного оборудования и энергетики, и активно продолжает разработку систем беспроводной передачи энергии для мобильных устройств и электромобилей, а также промышленного оборудования, такого как автоматическое оборудование. управляемые транспортные средства, логистические роботы, мобильные роботы и т. д. Портфолио разработок беспроводных систем передачи энергии от TDK показано ниже.

Рисунок 4 Портфолио разработок беспроводных систем передачи энергии от TDK

Установка систем беспроводной передачи энергии в промышленном оборудовании имеет следующие достоинства.

  • ● Повышенное удобство: замена аккумулятора не требуется, а автоматическая зарядка снижает трудозатраты.
  • ● Повышенная безопасность и надежность: поскольку нет соединительных электродов, устранены такие дефекты, как деградация и износ электродов. Беспроводная передача энергии возможна как через стекло, так и под водой.
  • ● Разнообразие конструкции: Отсутствие соединительных электродов упрощает конструктивное проектирование пыле- и гидроизоляции.

TDK недавно разработал 3 платформы для беспроводной системы передачи энергии для промышленного оборудования, использующей метод магнитного резонанса, с выходной мощностью 1 кВт, 200 Вт и 50 Вт соответственно. Конфигурация системы и достоинства каждого из них описаны ниже.

Система мощностью 1 кВт, оптимальная для транспортных средств с автоматическим управлением и логистических систем

Примеры применения Решения
Автомобиль с автоматическим управлением (AGV)
  • Сокращение трудозатрат и времени на замену, а также стоимости замены аккумуляторной батареи
  • Последовательная загрузка с использованием короткого времени остановки при загрузке груза
  • Расстояние переноса 20-40 мм, допуск ± 30 мм

На автоматизированных производственных линиях и складах для перевозки товаров широко используются автомобили с автоматическим управлением (AGV) с компьютерным управлением. Существуют различные типы, такие как тележка и подъемный тип, но поскольку все они работают от батареи, необходима частая замена (или зарядка) батареи.

Автомобиль с автоматическим управлением, несущий нагрузку 100 кг, может непрерывно эксплуатироваться в течение 8 часов. Помимо рабочей силы и времени, необходимых для замены батарей, также необходимо нести расходы на организацию замены батарей. Кроме того, замена батарейки вручную в чистой комнате может отрицательно сказаться на ее чистоте.

Решением этих проблем является использование беспроводной передачи энергии с автоматической зарядкой, что также дает дополнительные преимущества в виде экономии труда и времени. А за счет последовательной зарядки, когда AGV неподвижен для загрузки или разгрузки груза, можно установить аккумулятор относительно небольшой емкости, что приведет к значительному снижению стоимости.

Базовая конфигурация системы мощностью 1 кВт от TDK для транспортных средств с автоматическим управлением и логистических роботов показана на рисунке 5. Система передачи энергии состоит из блока усилителя и блока катушки Tx, а система приема энергии состоит из блока катушки Rx и блока питания. приемный блок.Расстояние передачи между катушкой Tx и катушкой Rx, которые обращены друг к другу, составляет 20-40 мм с допуском ± 30 мм, в результате чего может быть достигнута высокоэффективная беспроводная передача энергии. Особенностью системы приема энергии является то, что она чрезвычайно компактна и идеально подходит для небольших транспортных средств с автоматическим управлением.

Рисунок 5 Базовая конфигурация беспроводной системы передачи мощности (1 кВт) для промышленного оборудования от TDK

Система мощностью 200 Вт, оптимальная для мобильных роботов

Примеры применения Решения
Промышленные роботы
  • Устранение напольной разводки (и повреждений кабеля)
  • Увеличение дистанции движения
  • Расстояние передачи энергии 10-30 мм, допуск ± 10 мм, КПД системы 88%

Система мощностью 200 Вт была разработана для таких приложений, как промышленный робот, который работает во время движения. Для этого типа промышленных роботов проложенный на полу кабель питания портит рабочую среду, а также приводит к дополнительной проблеме повреждения кабеля. Кроме того, использование силовых кабелей также ограничивает расстояние перемещения.

Система TDK мощностью 200 Вт объединяет усилитель и катушку в компактный блок, и, следовательно, ее можно использовать в различных мобильных роботах, как колесных, так и гусеничных. Система TDK мощностью 200 Вт обеспечивает расстояние передачи мощности 10–30 мм с допуском ± 10 мм и КПД системы 88%.(Рисунок 6).

Рисунок 6 Базовая конфигурация системы беспроводной передачи энергии (200 Вт) для промышленного оборудования от TDK

Мобильные роботы с беспроводной передачей энергии подходят для инспекции и мониторинга объектов, а также для работы в суровых условиях. Конкурс роботов, известный как «ARGOS CHALLENGE», проводился Французским национальным исследовательским агентством (ANR) с 2014 по 2017 год. Целью этого конкурса было поощрение разработки автономных роботов для участия в разведке нефти и газа и другой добыче. деятельность в суровых климатических условиях, таких как холодные полярные регионы или бесплодные пустыни.Были отобраны пять команд со всего мира, одной из которых был робот, известный как Team Air-K из Японии, который использовал систему беспроводной передачи энергии 200 Вт от TDK (рис. 7).

Рис. 7 Беспроводная система передачи энергии от TDK, используемая в роботе «ARGOS CHALLENGE»
(фото любезно предоставлено Mobile Robot Research Co. LTD.)

Система 50 Вт для вращающихся деталей, таких как рука робота

Примеры применения Решения
Рука робота
Камера наблюдения
Различные вращающиеся части
  • Исключает перекручивание и разъединение кабеля
  • Без ограничений по углу поворота
  • Нет деградации и износа контактов
  • Не производит вихревых токов, даже когда находится рядом с металлами, и не приводит к снижению эффективности, поскольку не выделяется тепло
  • Блок змеевика интегрирован, чтобы сделать его простым и компактным

Система мощностью 50 Вт — это система беспроводной передачи энергии, разработанная для приложений, имеющих вращающиеся части, такие как рука робота и камера наблюдения .
Как показано на рис. 8, при подключении с использованием кабеля питания существует риск скручивания кабеля или его запутывания с валом, что может привести к разъединению. Также были ограничения по углу поворота. Эти проблемы могут быть решены с помощью контактного кольца, но это приводит к проблеме деградации и износа контактов щетки, используемой для передачи энергии на коллекторное кольцо вращающейся части.

Рисунок 8 Проблемы с обычным типом системы передачи энергии к вращающейся части

Одним из решений этих проблем является беспроводная передача энергии на вращающуюся часть, но традиционный метод (рис. 8 справа) приводит к другим проблемам.Поскольку мощность передается с помощью высокочастотного магнитного поля, если вал металлический, возникает вихревой ток и выделяется тепло, что приводит к снижению эффективности. Система беспроводной передачи энергии TDK 50 Вт для вращающихся частей была разработана для решения множества таких проблем (рис. 9).

Рисунок 9 Беспроводная система передачи энергии 50 Вт для вращающихся частей от TDK

Его внутренняя структура показана на рисунке 10. Конструкция состоит из блока катушек, передающих энергию, который размещен в цилиндрическом корпусе, и он заключен в цилиндрический корпус большего размера, в котором находится блок катушек приема энергии.Катушка передачи энергии и катушка приема энергии размещены на внутренней стенке их соответствующих корпусов. Следовательно, беспроводная передача мощности возможна к вращающимся частям без обертывания кабеля вокруг них, и, как следствие, нет ограничений на угол поворота.

Кроме того, ферритовые листы установлены на внутренней стороне корпуса стороны передачи энергии, а также снаружи корпуса стороны приема энергии, чтобы сдерживать магнитный поток катушки. Магнитный поток, генерируемый катушками, не выходит наружу, потому что он циркулирует в замкнутой магнитной цепи внутри ферритового листа.Следовательно, даже если вал металлический или поблизости есть металлические предметы, они не вызывают таких проблем, как выделение тепла или снижение эффективности из-за вихревых токов. Кроме того, конструкция печатной платы проста и компактна (внешний диаметр 75 мм, высота 45 мм), поскольку она встроена в катушку. Таким образом, это оптимальная беспроводная система передачи энергии для вращающихся частей, таких как рука робота и камера наблюдения.

Рисунок 10 Внутренняя структура беспроводной системы передачи энергии 50 Вт для вращающейся части

Запатентованная разработка TDK

технологий беспроводной передачи энергии

Использование запатентованного феррита с низкими потерями в сердечнике

В обоих методах беспроводной передачи энергии с использованием электромагнитной индукции и магнитного резонанса эффективность передачи в значительной степени зависит от характеристик материала, используемого в сердечнике катушки передачи энергии и катушки приема энергии.Это связано с тем, что часть магнитного потока, создаваемого катушками, приводит к потерям в сердечнике, которые выделяются в виде тепла. Основные технологии TDK основаны на ферритовой технологии, которая также широко используется в системах беспроводной передачи энергии.

Как показано на рис. 11, ферриты Mn-Zn, которые широко используются в сердечнике трансформатора импульсного источника питания, обычно имеют долинные потери в сердечнике — температурные характеристики. Для потребительских приложений выбираются ферритовые материалы, которые лучше всего подходят для довольно ограниченного диапазона.Однако в случае роботов и промышленного оборудования необходимо учитывать их использование в суровых условиях окружающей среды, таких как низкие температуры и палящая жара. Ферритовый материал Mn-Zn PC95 был выбран как идеальный выбор среди нескольких запатентованных материалов TDK. Этот материал также используется в сердечнике трансформатора DC-DC преобразователей в электромобилях и HEV.
PC95 был произведен как чрезвычайно однородный и высокоплотный спеченный материал благодаря оптимальной конструкции материалов и строгому контролю температуры спекания и окружающей среды.Это феррит, который имеет чрезвычайно плоские характеристики с низкими потерями в сердечнике в широком диапазоне температур. Это не только делает систему беспроводной передачи энергии для промышленного оборудования более компактной, но и способствует снижению энергопотребления.

Рисунок 11 Потери в сердечнике — температурные характеристики ферритового материала Mn-Zn PC95 (@ 100 кГц, 200 мТл)

Разработка оптимальных конденсаторов для использования в качестве резонансных конденсаторов

В магнитно-резонансном методе беспроводной передачи энергии резонансный конденсатор также играет важную роль вместе с катушками.Обычно пленочные конденсаторы используются в качестве резонансных конденсаторов. Это связано с тем, что пленочные конденсаторы имеют хороший баланс характеристик выдерживаемого напряжения и относительно высокой емкости, а также выгодны с точки зрения цены. Существуют разные типы пленочных конденсаторов, основанные на различиях в диэлектрических материалах, но для резонанса особенно подходит тип с диэлектрическим материалом PP (полипропилен), поскольку он имеет низкий tanδ (тангенс-дельта: коэффициент диэлектрического рассеяния) , а также может выдерживать большие токи (таблица 2).

Tanδ — это показатель рабочих характеристик конденсатора, а обратная величина — добротность конденсатора (коэффициент качества). Разность фаз тока напряжения, приложенного к конденсаторам, обычно составляет 90 °, но из-за диэлектрических потерь и в зависимости от компонентов индуктора в электродах запаздывание может составлять более 90 °. Угол δ этого запаздывания известен как угол потерь, а когда он выражается с помощью тригонометрической функции tan, он известен как tanδ. Чем меньше это значение, тем меньше потери (выделяемое тепло), что является показателем качества конденсатора.Достоинством ПП является то, что tanδ для PP на одну цифру ниже, чем tanδ для ПЭТ (полиэтилентерефталата), который составляет 0,3–1%, а также он стабилен по отношению к изменению температуры.

Таблица 2 Сравнение пленочных конденсаторов по диэлектрическому материалу

Диэлектрический материал Тепло
сопротивление
Емкость
температура
характеристики
tanδ АС
пробой
напряжение
Миниатюризация Цена
ПЭТ Полиэтилен
терефталат
PP Полипропилен
PPS Полифенилен
сульфид
PEN Полиэтилен
нафталат

◎: отлично ○: хорошо △: довольно плохо

Чем ниже значение tanδ (коэффициент диэлектрического рассеяния), тем меньше потери (тепловыделение), что означает, что конденсатор отличный.
Достоинством ПП является то, что tanδ для PP является точкой ниже, чем tanδ для ПЭТ, который составляет от 0,3 до 1%, и он также стабилен с точки зрения изменения температуры.

Динамика температурных характеристик tanδ

С точки зрения миниатюризации, MLCC (многослойные керамические конденсаторы микросхемы) также являются возможным выбором в качестве резонансных конденсаторов . MLCC делятся на две основные категории в зависимости от типа используемого диэлектрического материала, а именно на тип 1 (тип температурной компенсации) и тип 2 (тип с высокой диэлектрической проницаемостью).Поскольку скорость изменения емкости и потерь на гистерезис из-за температуры для MLCC типа 1 мала, а также они имеют отличные частотные характеристики, они используются в схемах, требующих высокой точности, таких как резонансные схемы, схемы температурной компенсации и т. Д.

Однако в последние годы были разработаны даже MLCC типа 1 с характеристиками, приближающимися к характеристикам пленочных конденсаторов, и растет потребность в их использовании для замены пленочных конденсаторов в автомобильных устройствах и промышленном оборудовании. Из них MLCC с температурными характеристиками C0G особенно подходят для использования в качестве резонансных конденсаторов из-за их чрезвычайно строгих стандартов в диапазоне температур от -55 до + 125 ° C, где температурный коэффициент = 0 ppm / ° C и допуск = ± 30 частей на миллион / ° C. Они также поддерживают установку полимерных электродов и металлических клемм (под названием MEGACAP), которые обладают отличным сопротивлением кривизне платы.

Базовые технологии и продукты, поддерживающие беспроводную передачу энергии для промышленного оборудования

Различные базовые технологии, основанные на технологиях материалов, технологических процессах, технологиях оценки и моделирования, которые разрабатывались TDK на протяжении многих лет, были максимально использованы в системах беспроводной передачи энергии .Различные электронные компоненты и устройства TDK широко используются в системах беспроводной передачи энергии. Помимо ферритов и конденсаторов, к ним относятся защитные элементы, такие как варисторы и термисторы, а также датчики тока, литий-полимерные ионные батареи и т. Д. (Рисунок 12).

Рис. 12 Основные технологии и различные продукты, поддерживающие системы беспроводной передачи энергии TDK

Сводка

Ожидается, что внедрение систем беспроводной передачи энергии приведет к повышению удобства, безопасности и надежности, а также к экономии труда и снижению затрат за счет автоматической зарядки, даже в области промышленного оборудования, такого как транспортные средства с автоматическим управлением и роботы.В TDK мы недавно разработали 3 платформы (на 1 кВт, 200 Вт и 50 Вт для вращающихся частей), которые можно использовать для создания современных систем беспроводной передачи энергии для различных приложений.

Сильные стороны

TDK проистекают из нашей всеобъемлющей технической компетенции, которая позволяет нам предлагать различные системы беспроводной передачи энергии, от малых до больших объемов мощности, для любого применения, а также оптимальные электронные компоненты и устройства, которые следует использовать. В TDK мы продолжаем прилагать усилия для расширения возможностей метода магнитного резонанса для беспроводной передачи энергии. Если у вас есть проекты, в которых могут быть использованы технологии и продукты TDK, представленные в этой статье, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Для справок и запросов документов

Мы оперативно ответим на ваш запрос.

Мы оперативно ответим на любые вопросы и пожелания.
Не стесняйтесь обращаться к нам, используя контактную информацию ниже.

Разработка катушки Тесла — EDN Asia