ES2325875B1 - Sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia y procedimiento asociado. - Google Patents
Sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia y procedimiento asociado. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2325875B1 ES2325875B1 ES200801603A ES200801603A ES2325875B1 ES 2325875 B1 ES2325875 B1 ES 2325875B1 ES 200801603 A ES200801603 A ES 200801603A ES 200801603 A ES200801603 A ES 200801603A ES 2325875 B1 ES2325875 B1 ES 2325875B1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- power
- nominal
- maximum
- capacitor
- primary
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/4815—Resonant converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Abstract
Sistema de transferencia de potencia con
acoplamiento inductivo en alta frecuencia y procedimiento
asociado.
La presente invención tiene por objeto un
sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en
alta frecuencia que presenta una compensación SP en primario y es
aplicable tanto para secundarios compensados en serie o en
paralelo, es decir, con un condensador en serie seguido de uno en
paralelo en el primario, y uno en serie o uno en paralelo en el
secundario y que permite transferir sin ningún tipo de control una
potencia igual o superior a la nominal hasta
des-alineamientos del 50% del área de la bobina del
secundario con una sobrepotencia máxima del 25% del valor nominal
en la carga y con una sobrecorriente máxima del 75% en la fuente,
donde el procedimiento asociado se basa en la elección de los
condensadores del primario para transferir la potencia nominal.
Description
Sistema de transferencia de potencia con
acoplamiento inductivo en alta frecuencia y procedimiento
asociado.
La presente invención tiene por objeto un
sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en
alta frecuencia que presenta una compensación SP en primario y es
aplicable tanto para secundarios compensados en serie o en
paralelo, es decir, con un condensador en serie seguido de uno en
paralelo en el primario, y uno en serie o uno en paralelo en el
secundario.
Esta compensación SP, en primario, permite
transferir de manera natural y sin ningún tipo de control, una
potencia igual o superior a la nominal hasta
des-alineamientos del 50% del área de la bobina del
secundario con una sobrepotencia máxima del 25% del valor nominal
en la carga y con una sobrecorriente máxima del 75% en la fuente,
en el sistema de transferencia de potencia con acoplamiento
inductivo que de ahora en adelante se escribirá con sus siglas ICPT
(en inglés "Inductive Coupling Power Transfer").
Así mismo, el procedimiento asociado al sistema
de transferencia de potencia se basa en la elección de los
condensadores del primario para transferir la potencia nominal
habiendo elegido un determinado des- alineamiento y una determinada
fuente de alimentación, que suministra la potencia al primario para
posteriormente ser transferida al secundario y de ahí a la
carga.
Son conocidos en el estado de la técnica los
sistemas ICPT, que son sistemas formados por dos bobinas o
devanados eléctricamente aislados y acoplados magnéticamente a
través del aire, que son capaces de transferir potencia con una
elevada eficiencia.
En el aire, el acoplamiento entre bobinas es
mucho menor que en el caso de transformadores o motores, en los que
el acoplamiento se hace a través de un núcleo magnético. Por esta
razón, para conseguir elevados rendimientos en la transferencia es
necesario trabajar a elevadas frecuencias y con las bobinas
compensadas mediante condensadores en ambos bobinados. Estos
condensadores de acoplamiento, hacen que todo el sistema trabaje en
resonancia y por tanto se transfiere la potencia deseada con un
elevado rendimiento.
Los sistemas ICPT presentan dos partes bien
diferenciadas.
- \bullet
-
\vtcortauna
- \bullet
-
\vtcortauna
\vskip1.000000\baselineskip
Los sistemas de compensación básicos están
formados por un condensador de resonancia C_{X} conectado
en serie y/o paralelo. Existen por tanto cuatro diferentes tipos de
compensación dependiendo de la conexión serie o paralelo de los
condensadores a las bobinas del primario y del secundario.
Dentro de las aplicaciones de los sistemas ICPT
se encuentra la alimentación de vehículos eléctricos tanto en
movimiento como parados, a través de uno o varios conductores por
debajo de dichos vehículos. Estos sistemas se denominan
respectivamente sistemas de secundario móvil, o sistemas de
secundario fijo.
Dentro de estas aplicaciones existen dos
sistemas físicos en función de cómo se realiza la captura de flujo
por parte del secundario, los sistemas de captura del flujo normal
y los sistemas de captura del flujo tangencial o trasversal.
Los sistemas de flujo trasversal están formados
en su forma básica por un único conductor en primario situado bajo
el asfalto que hace de línea de transmisión y una bobina de
secundario en posición trasversal respecto del conductor de
primario. Debido a que el coeficiente de inducción mutua es muy
bajo en este sistema, es indispensable que la bobina de secundario
esté bobinada sobre un núcleo de ferrita.
Este sistema permite
des-alineamientos de muy pequeña magnitud, ya que la
potencia transferida decae rápidamente cuando la bobina de
secundario se desplaza a izquierda o derecha. Existen soluciones
con varios conductores que permiten cierto
des-alineamiento siempre y cuando la bobina de
secundario no salga de los límites de la vertical marcada por los
conductores situados en los extremos. Estas soluciones son mucho más
caras y el coeficiente de acoplamiento sigue siendo bajo.
\newpage
Los sistemas de captura de flujo normal mediante
dos bobinas planas enfrentadas presentan un coeficiente de
inducción mutua "M" mucho mayor que los sistemas de captura
del flujo trasversal. La bobina de primario es de una anchura
equivalente a la del secundario aunque puede llegar a ser mucho más
larga si se quiere transmitir potencia en un área mayor o adecuar
una zona de carga para vehículos en movimiento.
El comportamiento de estos sistemas frente al
des-alineamiento, depende fuertemente del tipo de
compensación utilizada. Cuando la compensación en el primario es en
paralelo, es decir, tipos PS y PP, el comportamiento es análogo a
los sistemas de flujo trasversal, perdiendo capacidad de
transferencia de potencia conforme el secundario se desplaza
respecto de la posición centrada.
Cuando la compensación en el primario es en
serie, es decir, tipos SS y SP, la potencia transferida aumenta
conforme el secundario se separa de la posición centrada hasta
alcanzar 2,5 veces la potencia nominal para desplazamientos del 50%
del área de la bobina de secundario, poniendo en peligro la
integridad del sistema de alimentación y de las propias bobinas,
disminuyendo bruscamente la potencia para
des-alineamientos mayores.
La variación de la potencia absorbida y
entregada a la carga respecto de la nominal frente al
desalineamiento X entre bobinas en % de la anchura del secundario
para las configuraciones SS, SP, PS y PP se muestra en la Figura 1
de izquierda a derecha y de arriba abajo respectivamente.
En los sistemas de carga de baterías existentes
el posicionamiento de las bobinas se realiza con la ayuda de
sistemas electromecánicos auxiliares que hacen que el alineamiento
sea perfecto y siempre para pequeñas distancias de acoplamiento en
la dirección vertical, para que el proceso de transferencia sea
óptimo. Este tipo de alineamientos resulta caro y lento.
La presente invención propone una configuración
SP, en primario, que junto con cualquier compensación básica en
secundario, permite transferir de manera natural y sin ningún tipo
de control, una potencia igual o superior a la nominal hasta
des-alineamientos del 50% del área de la bobina del
secundario siendo la potencia máxima entregada a la carga no
superior al 25% del valor nominal en la carga y con una
sobrecorriente máxima del 75% en la fuente.
La presente invención se refiere a un sistema de
transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta
frecuencia que presenta una compensación SP en primario, es decir,
con un condensador en serie seguido de uno en paralelo en el
primario y una configuración básica en secundario.
Con este sistema de compensación, se puede
transferir de una manera natural y estable sin necesidad de control
una potencia igual o superior a la nominal para un
des-alineamiento deseado, siempre no superior al
50% del área de la bobina del secundario cuando la potencia máxima
entregada a la carga no supera en ningún caso el 25% de la potencia
nominal y la sobrecorriente máxima en la fuente no supera el
75%.
Es decir, cuando al menos el 50% del área de la
bobina del secundario esté enfrentada a la bobina del primario se
mantendrá la potencia transferida a la carga entre la potencia
nominal y un 25% por encima mediante la compensación SP en
primario. Los des-alineamientos pueden ser en
cualquiera de los dos ejes del plano horizontal o en una
combinación de ambas direcciones.
Con esta compensación SP, que incluye un
condensador C_{1} en serie en el primario, la capacidad del
condensador C_{3} en paralelo en el primario debe estar
por debajo de la que conseguiría que el conjunto formado por
C_{2}, capacidad del condensador del secundario,
C_{3} y las bobinas acopladas estuvieran en
resonancia.
De esta manera, se puede transferir la potencia
nominal hasta los des-alineamientos entre bobinas
del primario y del secundario citados anteriormente, seleccionando
un valor para C_{1} que consiga que el conjunto formado
por C_{1}, C_{3}, C_{2} y las bobinas
acopladas estén en resonancia.
Dependiendo de la elección de los condensadores
C_{1} y C_{3} del primario, se obtienen unos
valores de potencia transferida iguales o mayores a la nominal
hasta un determinado des-alineamiento.
A menor capacidad del condensador
C_{3}, mayor será el des-alineamiento que
puede haber entre el primario y el secundario transfiriendo la
potencia nominal o superior, pero a la vez se tendrá que
sobredimensionar más la fuente de alimentación y será mayor la
sobrepotencia enviada a la carga.
Por tanto, para la selección de los
condensadores C_{1} y C_{3} del primario, se
deberá llegar a una situación de compromiso entre el máximo
desalineamiento deseado, la máxima potencia permitida suministrar a
la fuente y la máxima potencia permitida transferir a la carga.
El procedimiento asociado al sistema de
transferencia de potencia consiste en elegir las capacidades de los
condensadores C_{1} y C_{3} del primario para
transferir la potencia nominal habiendo elegido previamente un
determinado des-alineamiento, donde la selección de
las capacidades C_{1} y C_{3} se realizará en la
siguiente etapa.
En esa etapa, en primer lugar se determinan las
capacidades C_{2}, del condensador del secundario y
C_{3}, del condensador en paralelo del primario a partir
de las ecuaciones tipo de la compensación PS,
paralelo-serie o de las ecuaciones tipo de la
compensación PP, paralelo-paralelo, que se
denominarán capacidades nominales y se denotarán por
C_{2PS}, C_{3PS} y C_{2PP},
C_{3PP}, respectivamente. De esta manera, para el caso
paralelo-serie
\vskip1.000000\baselineskip
donde:
\omega es la frecuencia de trabajo.
L_{2} es la inductancia de la bobina
del secundario.
L_{1} es la inductancia de la bobina
emisora.
M es el coeficiente de inducción mutua
entre bobinas.
R_{L} es la carga equivalente conectada
al receptor.
Para el caso
paralelo-paralelo,
\vskip1.000000\baselineskip
donde:
\omega es la frecuencia de trabajo.
L_{2} es la inductancia de la bobina
del secundario.
L_{1} es la inductancia de la bobina
emisora.
M es el coeficiente de inducción mutua
entre bobinas.
R_{L} es la carga equivalente conectada
al receptor.
Con estas capacidades, para pasar de la
compensación PS ó PP a la compensación SPS ó SPP respectivamente,
se selecciona una capacidad C_{3} menor que su valor
nominal C_{3PS} o C_{3PP}, con lo que la
impedancia total del sistema es inductiva y se puede añadir por
tanto el condensador C_{1} en el primario en serie
cumpliendo la condición de que se obtenga la resonancia total del
circuito visto desde la red.
\newpage
Una vez determinadas las capacidades
C_{1} y C_{3}, se comprobará si para algún valor
de des-alineamiento entre 0 y el
des-alineamiento máximo deseado la potencia
entregada a la carga está por debajo de los valores nominales, en
cuyo caso se volvería a disminuir C_{3} y se volverá a
calcular C_{1} hasta que la potencia entregada a la carga
sea igual o superior a la nominal para todo el rango de
des-alineamiento en el que va a trabajar la
configuración.
Una vez realizados estos cálculos deberá
comprobarse si la potencia máxima entregada a la carga y/o la
corriente máxima cedida por la fuente están por encima de los
permitidos para todo el rango de de-salineamiento en
el que va a trabajar la configuración. Si así fuera, debería
disminuirse el des-alineamiento máximo permitido al
sistema de manera que ambos parámetros se encontraran dentro de los
permitidos por la carga y la fuente respectivamente.
Pudiera darse el caso de que la corriente máxima
cedida por la fuente y/o la potencia máxima absorbida por la carga
alcanzaran el máximo para un valor de
des-alineamiento máximo inferior al deseado, esto
implicaría que no se puede alcanzar la potencia nominal para el
des-alineamiento máximo elegido, sino uno inferior,
a no ser que se aumentara la capacidad de la fuente y/o la
potencia soportada por la carga.
Si es así, aumentando la capacidad de la fuente
y/o la capacidad de la carga, se volverían a calcular las
capacidades C_{1} y C_{3} y se obtendría el nuevo
des-alineamiento.
Se complementa la presente memoria descriptiva,
con un juego de planos, ilustrativos del ejemplo preferente y nunca
limitativo de la invención.
La Figura 1 muestra la variación de la potencia
absorbida y entregada a la carga respecto de la nominal frente al
des-alineamiento X entre bobinas en % de la anchura
del secundario para las configuraciones SS, SP, PS y PP, de
izquierda a derecha y de arriba abajo respectivamente.
La Figura 2 muestra un circuito eléctrico donde
se muestra el sistema ideal de transferencia de potencia con
acoplamiento inductivo en alta frecuencia mediante compensación
SPS.
La Figura 3 muestra un circuito eléctrico donde
se muestra el sistema real de transferencia de potencia con
acoplamiento inductivo en alta frecuencia mediante compensación SPS
con un puente en "H".
La Figura 4 muestra la variación de la potencia
absorbida y entregada a la carga respecto de la nominal frente al
des-alineamiento X entre bobinas en % de la anchura
del secundario para la configuración SPS.
La Figura 5 muestra la variación de la potencia
absorbida de la fuente, potencia entregada a la carga, intensidad
en el primario respecto de los valores nominales frente al
des-alineamiento X entre bobinas en % de la anchura
del secundario para diferentes valores de los condensadores del
primario en compensación SPS.
La Figura 6 muestra una tabla donde se recogen
los valores de rendimiento, potencia máxima entregada en la carga,
potencia máxima absorbida, intensidad máxima en el primario y
capacidad C_{3} frente a los valores nominales para
distintos valores de des-alineamientos X entre el
25% y el 50% en compensación SPS.
La Figura 7 muestra un circuito eléctrico donde
se muestra el sistema real de transferencia de potencia con
acoplamiento inductivo en alta frecuencia mediante compensación SPP
con un puente en "H".
La Figura 8 muestra la variación de la potencia
absorbida y entregada a la carga respecto de la nominal frente al
des-alineamiento X entre bobinas en % de la anchura
del secundario para la configuración en compensación SPP.
La Figura 9 muestra la variación de la potencia
absorbida de la fuente, potencia entregada a la carga, intensidad
en el primario respecto de los valores nominales frente al
des-alineamiento X entre bobinas en % de la anchura
del secundario para diferentes valores de los condensadores del
primario en compensación SPP.
La Figura 10 muestra una tabla donde se recogen
los valores de rendimiento, potencia máxima entregada en la carga,
potencia máxima absorbida, intensidad máxima en el primario y
capacidad C_{3} frente a los valores nominales para
distintos valores de des-alineamientos X entre el
25% y el 50% en compensación SPP.
La Figura 11 muestra una comparativa de la
corriente absorbida tanto en la compensación SPS como en la
compensación SPP.
En un primer ejemplo de realización preferente,
el sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo
en alta frecuencia presenta una compensación SPS que permite
transferir de manera natural y sin ningún tipo de control, la
potencia nominal hasta un des-alineamiento del 50%
del área de la bobina del secundario.
\newpage
En la Figura 2 se muestra un esquema del sistema
de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta
frecuencia con compensación SPS.
El sistema ICPT se alimenta con un puente (1) en
"H" con control PWM y control de frecuencia, por lo que es
necesario añadir una bobina en serie L_{S} para proteger
el sistema de alimentación durante las transiciones de tensión, tal
como se muestra en la Figura 3, ya que de lo contrario, se
produciría un cortocircuito a través de los condensadores
C_{1} y C_{3}.
En la Figura 5 se muestra la variación de la
potencia entregada a la carga respecto de la nominal frente al
des-alineamiento X entre bobinas para diferentes
valores de los condensadores del primario.
En dicha Figura 5 se observa que si se desea
poder suministrar la potencia nominal hasta el
des-alineamiento del 25%, la fuente deberá estar
dimensionada para poder suministrar un 1% más de potencia que la
nominal.
En ese caso, se selecciona una capacidad del
condensador C_{3} igual al 88,5% de su valor nominal
C_{3PS} y se añade el condensador en serie C_{1}
para que se obtenga la resonancia total del circuito visto desde la
red.
Si se desea el des-alineamiento
del 50%, se deberá disminuir C_{3} al 82% de su valor
nominal C_{3PS}, pero para ello se deberá elegir una
fuente que pueda suministrar un 75% más de corriente que la
nominal.
Por tanto, lo primero que se hace es elegir el
des-alineamiento deseado para después seleccionar
las capacidades C_{1} y C_{3} con las que se
obtiene la resonancia total del circuito visto desde la red y, por
ultimo la fuente de alimentación a utilizar y la potencia máxima
de la carga.
En un segundo ejemplo de realización preferente,
el sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo
en alta frecuencia presenta una compensación SPP que permite
igualmente transferir de manera natural y sin ningún tipo de
control, la potencia nominal hasta un
des-alineamiento del 50% del área de la bobina del
secundario.
Los elementos del sistema ICPT con compensación
SPP se muestran en la Figura 7, donde los elementos que lo componen
son los mismos a excepción del condensador del secundario que en
este caso se encuentra en paralelo en lugar de en serie como se
daba en la configuración SPS.
En la Figura 8 se muestra la variación de la
potencia entregada a la carga respecto de la nominal frente al
des-alineamiento X entre bobinas para diferentes
valores de los condensadores del primario.
En la Figura 9 se muestra la variación de la
potencia entregada a la carga respecto de la nominal frente al
des-alineamiento X entre bobinas para diferentes
valores de los condensadores del primario.
En dicha Figura 9 se observa que si se desea
poder suministrar la potencia nominal hasta el desalineamiento del
25%, la fuente deberá estar dimensionada para poder suministrar un
1% más de potencia que la nominal.
En ese caso, se selecciona una capacidad del
condensador C_{3} igual al 86% de su valor nominal
C_{3PP} y se añade el condensador en serie C, para que se
obtenga la resonancia total del circuito visto desde la red.
Si se desea el des-alineamiento
del 50%, se deberá disminuir C_{3} al 76% de su valor
nominal C_{3PP}, pero para ello se deberá elegir una
fuente que pueda suministrar un 80% más de corriente que la
nominal.
Por tanto, lo primero que se hace es elegir el
des-alineamiento deseado para después seleccionar
las capacidades C_{1} y C_{3} con las que se
obtiene la resonancia total del circuito visto desde la red y, por
ultimo la fuente de alimentación a utilizar y la potencia máxima
de la carga.
Se pueden conseguir mayores
des-alineamientos máximos pero los valores de las
potencias y corrientes máximas a soportar por el sistema se vuelven
mucho mayores. Así para des-alineamientos mayores
del 70% del área de la bobina del secundario, la fuente de
alimentación debería estar sobredimensionada de tal manera que la
corriente máxima en la fuente fuera más de 4 veces la corriente
nominal, tal como se muestra en la Figura 5.
No alteran la esencialidad de esta invención
variaciones en materiales, forma, tamaño y disposición de los
elementos componentes, descritos de manera no limitativa, bastando
ésta para proceder a su reproducción por un experto.
Claims (11)
1. Sistema de transferencia de potencia con
acoplamiento inductivo en alta frecuencia caracterizado
porque presenta una compensación SP en primario y es aplicable
tanto para secundarios compensados en serie o en paralelo es decir,
con un condensador C_{1} en serie seguido de un
condensador C_{3} en paralelo en el primario, y un
condensador C_{2} en serie o paralelo en el secundario con
la que se puede transferir de una manera natural y estable sin
necesidad de control una potencia igual o superior a la nominal
para un des-alineamiento deseado, siempre no
superior al 50% del área de la bobina del secundario cuando la
potencia máxima entregada a la carga no supera en ningún caso el
25% de la potencia nominal y la sobrecorriente máxima en la fuente
no supera el 75%.
2. Sistema de transferencia de potencia con
acoplamiento inductivo en alta frecuencia según reivindicación 1
caracterizado porque la capacidad del condensador
C_{3} debe estar por debajo de la que conseguiría que el
conjunto formado por C_{2}, C_{3} y las bobinas
acopladas estuvieran en resonancia.
3. Sistema de transferencia de potencia con
acoplamiento inductivo en alta frecuencia según reivindicación 1
caracterizado porque a menor capacidad del condensador
C_{3}, mayor será el des-alineamiento que
puede haber entre el primario y el secundario transfiriendo la
potencia nominal o superior, pero a la vez se tendrá que
sobredimensionar más la fuente de alimentación y será mayor la
sobrepotencia enviada a la carga, por lo que para la selección de
los condensadores C_{1} y C_{3} del primario, se
deberá llegar a una situación de compromiso entre el máximo
des-alineamiento deseado, la máxima potencia
permitida suministrar a la fuente y la máxima potencia permitida
transferir a la carga.
4. Sistema de transferencia de potencia con
acoplamiento inductivo en alta frecuencia según reivindicación 1
caracterizado porque se alimenta con un puente (1) en
"H" con control PWM y control de frecuencia, por lo que es
necesario añadir una bobina en serie L_{S} para proteger
el sistema de alimentación durante las transiciones de tensión, ya
que de lo contrario, se produciría un cortocircuito a través de
los condensadores C_{1} y C_{3}.
5. Sistema de transferencia de potencia con
acoplamiento inductivo en alta frecuencia según reivindicaciones 1 a
4 caracterizado porque en compensación SPS, es decir, con el
condensador C_{2} en serie, si se desea poder suministrar
la potencia nominal hasta el des-alineamiento del
25%, la fuente deberá estar dimensionada para poder suministrar un
1% más de potencia que la nominal, con lo que en ese caso se
selecciona una capacidad del condensador C_{3} igual al
88,5% de su valor nominal C_{3PS}.
6. Sistema de transferencia de potencia con
acoplamiento inductivo en alta frecuencia según reivindicaciones 1 a
4 caracterizado porque en compensación SPS, es decir, con el
condensador C_{2} en serie, si se desea poder suministrar
la potencia nominal hasta el des-alineamiento del
50%, la fuente deberá estar dimensionada para poder suministrar un
75% más de corriente que la nominal, con lo que en ese caso se
selecciona una capacidad del condensador C_{3} igual al 82%
de su valor nominal C_{3PS}.
7. Sistema de transferencia de potencia con
acoplamiento inductivo en alta frecuencia según reivindicaciones 1 a
4 caracterizado porque en compensación SPP, es decir, con el
condensador C_{2} en paralelo, si se desea poder
suministrar la potencia nominal hasta el
des-alineamiento del 25%, la fuente deberá estar
dimensionada para poder suministrar un 1% más de potencia que la
nominal, con lo que en ese caso se selecciona una capacidad del
condensador C_{3} igual al 86% de su valor nominal
C_{3PP}.
8. Sistema de transferencia de potencia con
acoplamiento inductivo en alta frecuencia según reivindicaciones 1 a
4 caracterizado porque en compensación SPP, es decir, con el
condensador C_{2} en paralelo, si se desea poder
suministrar la potencia nominal hasta el
des-alineamiento del 50%, la fuente deberá estar
dimensionada para poder suministrar un 80% más de corriente que la
nominal, con lo que en ese caso se selecciona una capacidad del
condensador C_{3} igual al 76% de su valor nominal
C_{3PP}.
9. Procedimiento asociado al sistema de
transferencia con la configuración SP en primario de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque la etapa
principal consiste en elegir las capacidades de los condensadores
C_{1} y C_{3} del primario para transferir la
potencia nominal habiendo elegido previamente un determinado
des-alineamiento, donde
- \bullet
-
\vtcortauna
- \bullet
-
\vtcortauna
\vskip1.000000\baselineskip
y la etapa secundaria consiste en que una vez
determinadas las capacidades C, y C_{3}, se
comprobará si para algún valor de des-alineamiento
entre 0 y el des-alineamiento máximo deseado la
potencia entregada a la carga está por debajo de los valores
nominales, en cuyo caso se volvería a disminuir C_{3} y se
volverá a calcular C_{1} hasta que la potencia entregada a
la carga sea igual o superior a la nominal para todo el rango de
des-alineamiento en el que va a trabajar la
configuración.
10. Procedimiento asociado al sistema de
transferencia con la configuración SP en primario de las
reivindicación 9 caracterizado porque si la potencia máxima
entregada a la carga y/o la corriente máxima cedida por la fuente
están por encima de los permitidos para todo el rango de
des-alineamiento en el que va a trabajar la
configuración, deberá disminuirse el des- alineamiento máximo
permitido al sistema de manera que ambos parámetros se encontraran
dentro de los permitidos por la carga y la fuente
respectivamente.
11. Procedimiento asociado al sistema de
transferencia con la configuración SP en primario de la
reivindicación 10 caracterizado porque en caso de que la
potencia máxima cedida por la fuente alcanzara el máximo para un
valor de des-alineamiento máximo inferior al
deseado, esto implicaría que no se puede alcanzar la potencia
nominal para el des-alineamiento máximo elegido,
sino uno inferior con lo que aumentando la capacidad de la fuente
y/o la capacidad de la carga, se volverían a calcular las
capacidades C_{1} y C_{3} y se obtendría el nuevo
des-alineamiento.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200801603A ES2325875B1 (es) | 2008-05-28 | 2008-05-28 | Sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia y procedimiento asociado. |
| US12/994,675 US20110074219A1 (en) | 2008-05-28 | 2009-05-28 | High-frequency inductive coupling power transfer system and associated method |
| PCT/ES2009/070189 WO2009144354A2 (es) | 2008-05-28 | 2009-05-28 | Sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia y procedimiento asociado |
| EP09754008A EP2306611A2 (en) | 2008-05-28 | 2009-05-28 | High-frequency inductive coupling power transfer system and associated method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200801603A ES2325875B1 (es) | 2008-05-28 | 2008-05-28 | Sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia y procedimiento asociado. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2325875A1 ES2325875A1 (es) | 2009-09-22 |
| ES2325875B1 true ES2325875B1 (es) | 2010-06-25 |
Family
ID=41052028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200801603A Active ES2325875B1 (es) | 2008-05-28 | 2008-05-28 | Sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia y procedimiento asociado. |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20110074219A1 (es) |
| EP (1) | EP2306611A2 (es) |
| ES (1) | ES2325875B1 (es) |
| WO (1) | WO2009144354A2 (es) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102044915A (zh) * | 2011-01-10 | 2011-05-04 | 东南大学 | 一种谐振式无线能量传输装置 |
| JP2013055835A (ja) * | 2011-09-06 | 2013-03-21 | Sony Corp | 給電装置、電子機器および給電システム |
| JP2015508987A (ja) * | 2012-01-26 | 2015-03-23 | ワイトリシティ コーポレーションＷｉｔｒｉｃｉｔｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | 減少した場を有する無線エネルギー伝送 |
| US9697951B2 (en) * | 2012-08-29 | 2017-07-04 | General Electric Company | Contactless power transfer system |
| KR101991341B1 (ko) * | 2013-01-04 | 2019-06-20 | 삼성전자 주식회사 | 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 전송 시스템 |
| CN104515465B (zh) * | 2013-09-27 | 2019-06-25 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种非接触式变压器的检测方法与装置 |
| US10266060B2 (en) * | 2016-02-19 | 2019-04-23 | Ford Global Technologies, Llc | SS-L wireless power transfer compensation circuit |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5063332A (en) * | 1990-12-21 | 1991-11-05 | General Electric Company | Feedback control system for a high-efficiency class-D power amplifier circuit |
| US5323304A (en) * | 1992-01-27 | 1994-06-21 | Georator Corporation | A.C. storage module for reducing harmonic distortion in an A.C. waveform |
| GB9905539D0 (en) * | 1999-03-10 | 1999-05-05 | Ea Tech Ltd | Battery chargers |
| US6400584B1 (en) * | 2001-03-23 | 2002-06-04 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Two stage switching power supply for connecting an AC power source to a load |
| JP2004166384A (ja) * | 2002-11-12 | 2004-06-10 | Sharp Corp | 非接触型給電システムにおける電磁結合特性調整方法、給電装置、および非接触型給電システム |
-
2008
- 2008-05-28 ES ES200801603A patent/ES2325875B1/es active Active
-
2009
- 2009-05-28 WO PCT/ES2009/070189 patent/WO2009144354A2/es active Application Filing
- 2009-05-28 EP EP09754008A patent/EP2306611A2/en not_active Ceased
- 2009-05-28 US US12/994,675 patent/US20110074219A1/en not_active Abandoned
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| STEIGERWALD "{}Practical design methodologies for load resonant converters operating above resonance"{} 14th International Telecommunications Energy Conference, 1992. INTELEC '92. Washington DC, USA. 4 a 8 de octubre de 1992; páginas 172-179. * |
| WANG et al. "{}Load models and their application in the design of loosely coupled inductive power transfer systems."{} International Conference on Power System Technology, 2000. Proceedings. PowerCon 2000. 4 a 7 de diciembre de 2000; volumen 2, páginas 1053-1058. * |
| YING et al. "{}Modeling and performance analysis of the new contactless power supply system"{} Proceedings of the Eighth International Conference on Electrical Machines and Systems, 2005. ICEMS 2005. Fecha de publicación: 29 de septiembre de 2005; volumen 3, páginas 1983-1987. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20110074219A1 (en) | 2011-03-31 |
| WO2009144354A3 (es) | 2010-02-18 |
| WO2009144354A2 (es) | 2009-12-03 |
| ES2325875A1 (es) | 2009-09-22 |
| EP2306611A2 (en) | 2011-04-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2325875B1 (es) | Sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia y procedimiento asociado. | |
| CN104512271B (zh) | 电动汽车的蓄电器的充电 | |
| KR102526872B1 (ko) | 계자 권선을 이용하는 무선 전력 전송 방법과 이를 이용하는 차량 어셈블리 및 전기차 | |
| ES2326780B2 (es) | Metodo automatico de control de un sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia. | |
| US20120248890A1 (en) | Wireless power feeder/receiver and wireless power transmission system | |
| JP6615914B2 (ja) | 複数の一次巻線構造の一次側構成、一次側構成の製造方法、誘導電力伝達用のシステム、および電力を車両に誘導的に供給する方法 | |
| CN108141063A (zh) | 混合感应电力传输系统 | |
| US11383605B2 (en) | Hybrid charging system | |
| JP2023500132A (ja) | ワイヤレス充電受電器、ワイヤレス充電システム及びワイヤレス充電制御方法 | |
| US10836261B2 (en) | Inductor unit, wireless power transmission device, and electric vehicle | |
| US20190260235A1 (en) | Wireless Power Transmitter, Wireless Power Transmission System and Method for Driving a Wireless Power Transmission System | |
| JP2016537953A (ja) | 三相１次巻線構造体を動作させる方法及び１次ユニット | |
| US11038376B2 (en) | Wireless power transmitter, wireless power transmission system and method for driving a wireless power transmission system | |
| KR20170110866A (ko) | 무선 전력 전송 일차 코일 회로 및 이를 이용하는 그라운드 어셈블리와 그 제조 방법 | |
| JP7186698B2 (ja) | ワイヤレス電力送信機、ワイヤレス電力送信システム及びワイヤレス電力送信システム駆動方法 | |
| KR101953571B1 (ko) | 무선 전력 전송 코일을 구비한 차량용 반도체 변압기 및 그 무선 전력 전송 코일 | |
| KR20190009698A (ko) | Lccl-s 공진 네트워크를 적용한 ipt 시스템에서 풀 브릿지 제어와 하프 브릿지 제어를 선택적으로 수행하는 방법 및 장치 | |
| US20180111489A1 (en) | Circuit Arrangement and a Method of Operating a Circuit Arrangement for a System for Inductive Power Transfer | |
| GB2539885A (en) | A primary-sided and a secondary-sided arrangement of winding structures, a system for inductive power transfer and a method for inductively supplying power | |
| CN112865330B (zh) | 实现同边线圈解耦的模块化无线充电系统 | |
| WO2015083709A1 (ja) | 非接触電力伝送装置 | |
| WO2015044288A1 (en) | Circuit arrangement and method for designing a circuit arrangement of a system for inductive power transfer | |
| ES1296019U (es) | Sistema de comunicaciones sobre cableado de corriente continua en instalaciones solares fotovoltaicas | |
| ES2556682B1 (es) | Sistema modular de carga inductiva para vehículos eléctricos | |
| CN116260255A (zh) | 低压大电流三级式可拓展无线电能传输电路及控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20090922 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2325875B1 Country of ref document: ES |