Thiết kế và tối ưu hóa thiết bị phát thu mới cho phương pháp truyền tải năng lượng một chiều qua dây đơn

Journal of Power Electronics - Tập 23 - Trang 1594-1604 - 2023
Yang Li1,2, Taocheng Hu3, Xueliang Wang2, Yujie Zhai1, Yao Li2, Wenxin Huang2, Zhigang Lou2
1Tianjin Key Laboratory of New Energy Power Conversion, Transmission and Intelligent Control, Tianjin University of Technology, Tianjin, China
2School of Electrical Engineering, Tiangong University, Tianjin, China
3China Merchants Testing Vehicle Technology Research Institute Co., Ltd., Chongqing, China

Tóm tắt

Sự phát triển hơn nữa của công nghệ truyền tải năng lượng không dây bị hạn chế bởi mối quan hệ giới hạn giữa khoảng cách truyền tải, hiệu suất truyền tải và kích thước của cơ chế ghép nối. Do đó, một giải pháp khả thi đã được cung cấp bởi phương pháp truyền tải năng lượng một chiều qua dây đơn. Đầu tiên, một thiết bị chuyển đổi chế độ kiểu kèn đã được đề xuất trong nghiên cứu này thông qua việc phân tích nguyên lý của phương pháp truyền tải năng lượng một chiều qua dây đơn. Thứ hai, cấu trúc hệ thống được thiết kế nhằm tiết kiệm vật liệu và giảm kích thước không gian. Hiệu suất truyền tải của hệ thống được cải thiện, và tần số hoạt động được giảm bằng cách tối ưu hóa các tham số của thiết bị chuyển đổi chế độ. Cuối cùng, tính khả thi và tính áp dụng cấu trúc của phương pháp truyền tải năng lượng một chiều qua dây đơn được đề xuất trong nghiên cứu này đã được chứng minh bằng các kết quả thực nghiệm.

Từ khóa

#truyền tải năng lượng không dây #dây đơn #hiệu suất truyền tải #thiết bị chuyển đổi chế độ

Tài liệu tham khảo

Ahn, D., Hong, S.: Wireless power transmission with self-regulated output voltage for biomedical implant. IEEE Trans. Ind. Electron. 61(5), 2225–2235 (2014) Xue, R.F., Cheng, K.W.: High-efficiency wireless power transfer for biomedical implants by optimal resonant load transformation. IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap. 60(4), 867–874 (2013) Geng, Y.Y., Yang, Z.P.: Optimization of dual side control strategy for wireless power transfer system in light rail vehicle. In: IEEE PELS Workshop on Emerging Technologies—Wireless Power (WoW), pp. 54–59 (2016) Al-Attar, A., Attia, S.A.: Wireless power transfer for toys and portable devices. In: IEEE Conference on Power Electronics and Renewable Energy (IEEE CPERE), pp. 479–484 (2019) Huang, K.B., Larsson, E.: Simultaneous information and power transfer for broadband wireless systems. IEEE Trans. Signal Process. 61(23), 5972–5986 (2013) De Santi, C., Meneghini, M.: GaN-based laser wireless power transfer system. Materials 11(1), 13 (2018) Zhang, Q.Q., Fang, W.: Distributed laser charging: a wireless power transfer approach. IEEE Internet Things J. 5(5), 3853–3864 (2018) Jin, K., Zhou, W.Y.: Wireless laser power transmission: a review of recent progress. IEEE Trans. Power Electron. 34(4), 3842–3859 (2019) C. Bergsrud., J. Straub.: A space-to-space microwave wireless power transmission experiential mission using small satellites. Acta Astronautica. 103, 193–203 (2014) N.K. Singh.: Textile antenna for microwave wireless power transmission. Procedia Comput. Sci. 85, 856–861 (2016) Cummings, T., Janssen, J., Karnesky, J.: 6 GHz microwave power-beaming demonstration with 6-kV rectenna and ion-breeze thruster. In: AIP Conference Proceedings Second International Symposium on Beamed Energy Propulsion (2004) Glaser, P.: Power from the sun. Its future. Science 162(11), 857–861 (1968) Brown, W.: Status of the microwave power transmission components for the solar power satellite. IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 29(12), 1319–1327 (1981) Edwards, B.C., Bennett, H.E.: Space elevator feasibility test using laser power beaming. Laser Beam Control Technol. 4632, 141–147 (2002) Ke, J., Zhou, W.: Wireless laser power transmission: a review of recent progress. IEEE Trans. Power Electron. 34(4), 3842–3859 (2018) Sample, A.P., Meyer, D.A., Smith, J.R.: Analysis, experimental results, and range adaptation of magnetically coupled resonators for wireless power transfer. IEEE Trans. Ind. Electron. 58(2), 544–554 (2011) Sun, G.Q., Yang, Y., Zhang, J.P.: Modeling and optimization of pavement scale–model for magnetically coupled resonant in wireless power transmission systems. Constr. Build. Mater. 319, 126066 (2022) Jonah, O., Georgakopoulos, S.V.: Wireless power transfer in concrete via strongly coupled magnetic resonance. IEEE Trans. Antennas Propag. 61(3), 1378–1384 (2013) Dai, J.J., Ludois, D.C.: A survey of wireless power transfer and a critical comparison of inductive and capacitive coupling for small gap applications. IEEE Trans. Power Electron. 30(11), 6017–6029 (2015) Miller, J.M., Onar, O.C.: Primary–side power flow control of wireless power transfer for electric vehicle charging. IEEE J. Emerg. Sel. Top. Power Electron. 3(1), 147–162 (2015) Vulfovich, A., Kolesnik, S., Baimel, D.: Output characteristics of none-series compensated inductive wireless power transfer link operating at load-independent-voltage-output frequency. Simul. Model. Pract. Theory. 115, 102424 (2022) Markvart, A., Song, M.: Metasurface for near-field wireless power transfer with reduced electric field leakage. Inst. Electr. Electron. Eng. Inc. 8, 40224–40231 (2020) Huang, L., Hu, A.P.: Z-impedance compensation for wireless power transfer based on electric field. IEEE Trans. Power Electron. 31(11), 7556–7563 (2016) Li, S.Q., Liu, Z.: Wireless power transfer by electric field resonance and its application in dynamic charging. IEEE Trans. Ind. Electron. 63(10), 6602–6612 (2016) Tesla, N.: System of transmission of electrical energy. US645576 (1900) Tesla, N.: Art of transmitting electrical energy through the natural mediums: US787412 (1905) Tesla, N.: The true wireless. Electr. Exp. 2(05), 28–32 (1919) Tesla, N.: World system of wireless transmission of energy. Telegr. Teleph. Age 20, 457–460 (1927) Strebkov D S., Avramenko S V., Nekrasov A I.: Single-wire electric power system for renewable-based electric grid. New Energy Technol. 20–25 (2001). https://www.osti.gov/etdeweb/biblio/20195536 Leyh, G.E., Kennan, M.D.: Efficient wireless transmission of power using resonators with coupled electric fields 1–4 (2008). https://doi.org/10.1109/NAPS.2008.5307364. https://ieeexplore.ieee.org/document/5307364 Neste, C., Mahajan, S.M.: Wireless reactive power transfer for off-shore energy harvesting. 504–506 (2009). https://doi.org/10.1109/ICCEP.2009.5212003 Chen, X., Chen, J.: Electric-field-coupled single-wire power transmission—analytical model and experimental demonstration. In: 2017 International Symposium on Power Electronics (2017) Chen, X., Lan, Y.: Single-wire power transmission using shorted high-voltage coupling coils. In: IECON 2020—46th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (2020) Chen, X., Li, T.: A single-wire power transfer system using lumped-parameter lc resonant circuits. In: 2020 IEEE 9th International Power Electronics and Motion Control Conference (2020) Li, Y., Wang, R.: A novel single-wire power transfer method for wireless sensor networks. Energies 13(19), 5182 (2020) Li, Y., Zhai, Y.J.: Single-wire power transfer method and verification. J. Power Electron. 22(4), 685–693 (2022) Li, Y., Wang, X., Hu, T.: Design and optimization of one-way single-wire power transfer structure. Energies 15(18), 6701 (2022)