Report
Численное компьютерное моделирование системы активного экранирования при зарядке электромобиля по бесконтактной технологии
| Τίτλος: | Численное компьютерное моделирование системы активного экранирования при зарядке электромобиля по бесконтактной технологии |
|---|---|
| Στοιχεία εκδότη: | Системы управления, связи и безопасности, 2023. |
| Έτος έκδοσης: | 2023 |
| Θεματικοί όροι: | mutual inductance, напряженность магнитного поля, contactless magnetic resonance charger, receiver, electric vehicle, приемник, взаимная индуктивность, power transmission efficiency, бесконтактное магнитно-резонансное зарядное устройство, magnetic field leakage, утечка магнитного поля, моделирование, simulation, 7. Clean energy, electromagnetic radiation, транслятор, эффективность передачи мощности, magnetic field strength, электромобиль, эквивалентная модель, translator, equivalent model, экранирующий эффект, электромагнитное излу-чение, shielding effect |
| Περιγραφή: | Problem statement: the technology of contactless charging of electric vehicles is one of the most promising today. However, its implementation is associated with a number of problems, one of which is the leakage of the electromagnetic field. Leakage of electromagnetic field reduces the efficiency of contactless chargers. Electromagnetic radiation generated around the charging station can pose a threat to the safety of people, affect the performance of electronic devices of an electric vehicle, and have a negative impact on the environment. The problem of electromagnetic safety is an important point in the design of contactless charger, which can be solved by using passive or active shielding. The aim of the research was the formation of fundamental scientific and theoretical provisions for the creation of active dynamic protection against electromagnetic radiation based on four resistive-capacitive circuits, which has a high shielding ability in real operating conditions of the contactless chargers, at the same time, having a minimal negative impact on the efficiency of power transmission. The parameters of possible misalignment of the inductance windings of the "translator" and "receiver", as well as a possible change in the size of the air gap between them, were selected as factors reflecting the actual operating conditions of the contactless chargers. To achieve this goal, a number of specific research tasks were solved: the relationship between the parameters of the operating modes of the contactless chargers and the shielding system; the nature of changes in the mutual inductance between the winding of the "translator" and the contours of the protective shield; the effect on the leakage of the magnetic field of the modes of operation of the shielding system, the location of the winding of the "receiver", etc. Methods and technologies used: to solve the tasks, methods of constructing 3D models and models in the form of equivalent electrical circuits, methods of computer modeling and circuit analysis using ANSYS Maxwell software complexes, including a special application for the design of contactless charger, and ANSYS Simplorer were used. ANSYS Maxwell was used as a tool for 3D modeling and analysis of electromagnetic fields. ANSYS Simplorer as an addition to ANSYS Maxwell for optimizing electrical parameters and predicting the efficiency of contactless charger. Novelty of the result: scientific and theoretical substantiation of qualitative and quantitative confirmation of the high screening capacity of the screening system under study, physical and mathematical description of the functioning of the system and justification of optimal conditions and modes of its functioning. A fundamentally new scientific result in the field of studying contactless charging technology is the revealed interrelationships and patterns of interaction between the inductance windings of the contactless charger and the resistive-capacitive circuits of the protective shield, as well as the justification of the possibility of their use as an indicator of the misalignment of the "translator" and "receiver" and the air gaps between them. Practical significance: the results can be used in the creation of a system of shielding, forecasting the efficiency and safety of contactless charger, as well as in the creation of control systems and telemetry of contactless charger for charging electric vehicles. Постановка проблемы: технология бесконтактной зарядки электротранспорта является одной из самых перспективных на сегодняшний день. Однако ее внедрение связано с целым рядом проблем, одной из которых является утечка электромагнитного поля (ЭМП). Утечка ЭМП снижает КПД бесконтактных зарядных устройств (БЗУ). Электромагнитные излучения, возникающие вокруг зарядной станции, могут создавать угрозу безопасности людей, влиять на работоспособность электронных устройств электромобиля, оказывать отрицательное воздействие на экологию. Проблема электромагнитной безопасности является важным моментом при проектировании БЗУ, которая может быть решена путем использования пассивного или активного экранирования. Целью исследований являлось формирование основополагающих научно-теоретических положений для создания активной динамической защиты от электромагнитного излучения на базе четырех резистивно-емкостных контуров, обладающей высокой экранирующей способностью в реальных условиях эксплуатации БЗУ, в то же время, оказывающей минимальное негативное влияние на эффективность передачи мощности. В качестве факторов, отображающих реальные условия эксплуатации БЗУ, были выбраны параметры возможной несоосности обмоток индуктивности «транслятора» и «приемника», а также возможного изменения величины воздушного зазора между ними. Для достижения поставленной цели был решен целый ряд частных задач по исследованию: взаимосвязи параметров режимов функционирования БЗУ и экранирующей системы; характера изменений взаимной индуктивности между обмоткой «транслятора» и контурами защитного экрана; влияния на утечку магнитного поля режимов функционирования экранирующей системы, расположения обмотки «приемника» и других аспектов. Используемые методы и технологии: для решения поставленных задач использовались методы построения 3D моделей и моделей в виде эквивалентных электрических схем, методы компьютерного моделирования и схемотехнического анализа с использованием программных комплексов ANSYS Maxwell, в том числе специального приложения для проектирования БЗУ, и ANSYS Simplorer. ANSYS Maxwell использовался как инструмент 3D-моделирования и анализа электромагнитных полей. ANSYS Simplorer как дополнение к ANSYS Maxwell для оптимизации электрических параметров и прогнозирования эффективности БЗУ. Новизна результата: научно-теоретическое обоснование качественного и количественного подтверждения высокой экранирующей способности исследуемой экранирующей системы, физико-математическое описание функционирования системы и обоснование оптимальных условий и режимов ее функционирования. Принципиально новым научным результатом в области изучения технологии бесконтактной зарядки являются выявленные взаимосвязи и закономерности взаимодействия обмоток индуктивности БЗУ и резистивно-емкостных контуров защитного экрана, а также обоснование возможности их использования в качестве индикатора несоосности «транслятора» и «приемника» и воздушного зазорам между ними. Практическая значимость: результаты могут быть использованы при создании системы экранирования, прогнозирования эффективности и безопасности БЗУ, а также при создании систем управления и телеметрии БЗУ для зарядки электромобилей. |
| Τύπος εγγράφου: | Research |
| DOI: | 10.24412/2410-9916-2023-1-33-63 |
| Rights: | CC BY |
| Αριθμός Καταχώρησης: | edsair.doi...........3ddb02b6a28f5c8d279cee595d4755e7 |
| Βάση Δεδομένων: | OpenAIRE |
| DOI: | 10.24412/2410-9916-2023-1-33-63 |
|---|