Технология беспроводной передачи энергии (WPT), превосходная технология для более простой и безопасной зарядки аккумуляторов, не использует проводной электрический контакт, который может вызвать нежелательную электрическую искру или даже подать опасный электрический ток пользователям. При передаче энергии от источника к батарее или другой нагрузке будут генерироваться сильные электромагнитные поля (ЭМП). Выход автомобильного инверторного зарядного устройства будет иметь широкий диапазон гармоник.

Перед разработчиками стоит задача уменьшить электромагнитные поля (ЭМП) и электромагнитные помехи (ЭМП) в системах БПЭ. Ниже приведены некоторые методы, которые помогут разработчикам создать надежную и безопасную конструкцию WPT при минимизации электромагнитных помех.

Магнитно-резонансный метод
Архитектуры WPT, в которых используется метод магнитного резонанса между катушками , используются для обеспечения безопасности, больших расстояний и возможностей высокой мощности. Такая система идеально подходит для электромобилей, оборонных приложений и медицинского оборудования. Преимущества включают в себя высокую эффективность преобразования мощности, отказоустойчивость и широкие рабочие возможности даже при несоосности катушек.

Одним из недостатков этого метода беспроводной передачи данных является то, что экранирующие материалы катушки будут вызывать паразитные емкостные помехи в приложении для беспроводного зарядного устройства. Это приведет к возникновению электромагнитных помех от беспроводного зарядного устройства, что может повлиять на безопасность пользователя, а также на возможные неисправности в близлежащих схемах.

Уменьшение EMI ​​в вышеупомянутом приложении может быть достигнуто с использованием методов расширения спектра (SST) без дополнительных затрат на проектирование системы. Эта методология снижает пиковые и квазипиковые уровни электромагнитных помех за счет расширения полосы пропускания преобразователя мощности. Это уменьшит количество и размер фильтра электромагнитных помех, что приведет к уменьшению объема всего преобразователя мощности.

Однако использование этого метода сопряжено с дополнительными расходами: увеличение пульсаций напряжения преобразователя мощности из-за необходимости изменять рабочие точки преобразователя мощности случайным образом или периодически. Ссылка 1 использует безмостовой выпрямитель на вторичной стороне БПЭ, который будет управлять выходным напряжением без дополнительного преобразователя постоянного / постоянного тока на вторичной стороне. Эту пульсацию можно уменьшить и другими способами
Технология WPT - это безопасный и удобный способ зарядки аккумуляторов, поскольку на него не влияют никакие внешние условия. Во время зарядки аккумуляторов всегда существует вероятность возникновения непреднамеренных электрических искр или опасных токов для пользователей. Во время передачи энергии от источника к батарее могут возникать мощные ЭДС и ЭМП. Инвертор мощности, скорее всего, будет иметь широкий диапазон гармоник, увеличивающих электромагнитные помехи.

Этот метод также может быть применен к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА) / дронам, количество случаев использования и применения которых растет в геометрической прогрессии.

Ссылка 4 объясняет конструкцию зарядного устройства с прочным трехфазным резонансным магнитным полем (TC-TPRMF) для дронов с низкими ЭДС и ЭМП. Эта конструкция состоит из трехфазного инвертора, резонансной согласующей схемы, беспроводной зарядной платформы, преобразователя переменного тока в постоянный и батареи дрона, в которой используется управляемый магнитный поток в резонансной структуре (GMFIR) (рис. 1) .

1. Показано зарядное устройство TC-TPRMF на грузовом автомобиле (а);  3D-модель зарядного устройства TC-TPRMF (б);  и иллюстрация структуры GMFIR, которая будет направлять и ограничивать магнитный поток для достижения зарядки TC-TPRMF с низкой ЭДС (c).  (Изображение из ссылки 4)
1. Показано зарядное устройство TC-TPRMF на грузовом автомобиле (а); 3D-модель зарядного устройства TC-TPRMF (б); и иллюстрация структуры GMFIR, которая будет направлять и ограничивать магнитный поток для достижения зарядки TC-TPRMF с низкой ЭДС (c). (Изображение из ссылки 4)


Риск EMI для кардиостимуляторов
Электромагнитные помехи могут быть опасны для людей с кардиостимуляторами и имплантированными кардиовертерами-дефибрилляторами (ICD), которые находятся вне электромобиля (EV) во время его зарядки. Это вызвано токами катушек систем БПЭ, которые могут генерировать большие изменяющиеся во времени магнитные поля в окружающей среде.

Было показано, что наиболее серьезные поля будут находиться не внутри кабины транспортного средства, а скорее в боковых областях, близких к земле, за пределами электромобиля. Автомобильные источники питания должны соответствовать стандартам безопасности по ЭМП для воздействия на человека, а также быть электромагнитно совместимыми с ИКД и кардиостимуляторами.

Стандарт для автомобильных применений систем WPT требует , чтобы на рабочей частоте, F = 85 кГц, плотность магнитного потока должны быть ниже , B = 27 мкТл, чтобы не превышать контрольных уровней руководящих принципов МКЗНИ 2010 . И оно должно быть ниже B = 188 мкТл (150 А / м), чтобы не мешать нормальной работе кардиостимулятора с униполярными отведениями . Индуцированное двухпиковое напряжение в области петли, образованной униполярным электродом для стимуляции, также должно быть ниже, чем V pp = 510 мВ.

Активная катушка экранирования может быть разработана , чтобы уменьшить риск для пациентов с кардиостимуляторами или подобными устройствами. Он создается изменяющимся во времени магнитным полем, создаваемым токами катушки БПЭ с частотой 85 кГц. Конструкция ферритового экрана над вторичной катушкой (рис. 2) уменьшит поле на обеих внешних боковых сторонах электромобиля без снижения электрических характеристик системы БПЭ. Кроме того, каждая сторона заземляющей площадки имеет активную катушку в форме частичного кольцевого сектора, которая размещена вокруг круглой первичной катушки.

2. Это активная конфигурация системы экранирования.  (Изображение из ссылки 2)
2. Это активная конфигурация системы экранирования. (Изображение из ссылки 2)


Экранирование электромагнитных помех в БПЭ электропоездов
WPT используется в электромобилях, электробусах и даже в электропоездах. В этих случаях применения большой мощности системы имеют много существующих электрических компонентов, таких как системы сигнализации и управления, которые непосредственно отвечают за безопасность человека. EMI может нанести ущерб этим системам безопасности, например, при наличии сильных полей WPT, которые питают электропоезда.

Инвертор мощности в передатчике БПЭ обычно является основным источником электромагнитных помех. Чтобы свести к минимуму электромагнитные помехи в преобразователе мощности, необходимо сосредоточить внимание на основном источнике, вызывающем его - переключающем транзисторе в преобразователе мощности. Переключающее действие силовых транзисторов генерирует в воздухе гармонические составляющие, которые могут повлиять на близлежащие системы, такие как системы безопасности электропоездов, такие как ворота на пересечении границы, и сигналы безопасности для поездов.

Ссылка 9 предлагает промежуточную катушку, состоящую из лицевого провода и сосредоточенного конденсатора настройки, внутри катушки передачи (Tx), чтобы помочь уменьшить третьи гармоники, вызывающие излучаемые электромагнитные помехи (рис. 3).

3. В этом поперечном сечении БПЭ в системе поезда промежуточная катушка помещается внутри катушки Tx для подавления составляющих электромагнитных помех третьей гармоники.  (Изображение из ссылки 9)
3. В этом поперечном сечении БПЭ в системе поезда промежуточная катушка помещается внутри катушки Tx для подавления составляющих электромагнитных помех третьей гармоники. (Изображение из ссылки 9)


Ссылка 9 также показывает, что промежуточная катушка генерирует ту же фазу, что и магнитное поле, на рабочей частоте. Кроме того, промежуточная катушка генерирует противоположную фазу магнитного поля на частоте третьей гармоники. Используя этот теоретический принцип, промежуточная катушка предназначена для подавления составляющих третьей гармоники без снижения эффективности системы.

Резюме
Беспроводная передача энергии - это технология, которая легко передает мощность от источника к нагрузке по воздуху без использования проводов. Это повышает безопасность с дополнительным удобством для пользователей.

В этой статье предложено несколько сценариев, в которых обсуждаются различные варианты использования WPT. Также есть недостаток в использовании WPT из-за генерации EMI. Здесь хорошее перевешивает плохое, поскольку мы можем минимизировать EMI различными способами. Нет сомнений в том, что беспроводная энергия найдет новые и полезные приложения в будущем, и разработчики могут ожидать, что появятся новые способы минимизировать излучаемые EMI ​​от этого метода WPT.