Hệ thống truyền năng lượng không dây sử dụng cấu trúc vòng dây cộng hưởng tại tần số 13.56 MHz

Truyền năng lượng không dây [Wireless Power Transfer (WPT)] là một công nghệ cho phép truyền năng lượng điện từ một nguồn phát tới các thiết bị thu mà không cần tới dây dẫn. Bài viết tập trung nghiên cứu hệ thống WPT ở khoảng cách trung bình có nguyên lý dựa trên hiệu ứng cộng hưởng từ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hệ thống truyền năng lượng không dây sử dụng cấu trúc vòng dây cộng hưởng tại tần số 13.56 MHz Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) Hệ Thống Truyền Năng Lượng Không Dây Sử Dụng Cấu Trúc Vòng Dây Cộng Hưởng Tại Tần Số 13.56 MHz Nguyễn Thảo Duy1, Nguyễn Duy Khánh2, Hà Thị Kim Duyên2, Phạm Thanh Sơn1* 1 Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 2 Khoa Điện tử , Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Email: sonpt@ims.vast.ac.vn Abstract— Truyền năng lượng không dây [Wireless không dây cho các thiết bị điện tử cầm tay đã đạt đến Power Transfer (WPT)] là một công nghệ cho phép giai đoạn thương mại hóa thông qua việc ra mắt tiêu truyền năng lượng điện từ một nguồn phát tới các thiết chuẩn Qi của Liên minh năng luợng không dây, hiện bị thu mà không cần tới dây dẫn. Công nghệ này là một bao gồm hơn 135 công ty trên toàn thế giới. Với hệ trong những lĩnh vực nghiên cứu có nhiều đổi mới sáng tạo trong những năm gần đây. Trong bài báo này chúng thống WPT tầm trung, khoảng cách truyền có thể từ tôi tập trung nghiên cứu hệ thống WPT ở khoảng cách vài cm tới hàng m, tần số hoạt động ở dải MHz và hiệu trung bình có nguyên lý dựa trên hiệu ứng cộng hưởng suất truyền tải khá cao có thể đạt trên 60%. Khi từ. Chúng tôi đã chế tạo thành công bộ truyền điện khoảng cách truyền tải từ vài m đến nhiều km công không dây ở khoảng cách 0.4 m, đạt hệ số truyền qua nghệ WPT tầm xa có thể được ứng dụng cho các hệ 62%. Các kết quả mô phỏng về phân bố từ trường xung thống điện trong quân sự và truyền năng lượng vệ tinh, quanh không gian truyền dẫn cũng được trình bày trong vũ trụ. Do khoảng cách truyền dẫn rất xa nên dải tần bài báo. Kết quả đo đạc thực nghiệm cho thấy sự phù số hoạt động của loại WPT này thường lớn hơn GHz hợp với mô hình lý thuyết và mô phỏng. với hiệu suất truyền khá thấp chỉ dưới 5% [5-8]. Keywords- Truyền năng lượng không dây, cấu trúc Trong bài báo này, chúng tôi sẽ trình bày về hệ cộng hưởng, từ trường. thống WPT ở khoảng cách tầm trung (trên 40 cm) với cấu trúc bốn cuộn dây có phối hợp trở kháng. Các nghiên cứu phân tích lý thuyết và tính toán mô phỏng I. GIỚI THIỆU đã được tiến hành nhằm tối ưu các thông số của hệ Với sự gia tăng ngày càng nhiều của các thiết bị thống để thu được hiệu suất truyền tải cao nhất. Dựa điện – điện tử, việc truyền năng lượng điện từ nguồn trên các kết quả phân tích lý thuyết và mô phỏng, phát tới thiết bị tiêu thụ vẫn đòi hỏi phải sử dụng kết chúng tôi đã chế tạo thành công hệ thống WPT có cấu nối vật lý sẽ gây ra những bất tiện cho cuộc sống của trúc 4-cuộn cho hệ số truyền qua đạt 62% ở khoảng con người. Hiện nay, công nghệ truyền tải điện không cách 40 cm dây đang được quan tâm đầu tư nghiên cứu và phát triển nhằm giải quyết những rắc rối cũng như tính bất II. LÝ THUYẾT VÀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG tiện của các kết nối có dây. Đây cũng là một vấn đề WPT 4-CUỘN quan trọng để phát triển hệ thống điện trong tương lai. Việc này sẽ giảm thiểu được chi phí trong thiết kế, thi công các công trình về điện dân dụng và công nghiệp. Từ đó, quá trình sử dụng điện sẽ tiện lợi hơn, hệ thống điện không phải đấu nối dây dẫn phức tạp khi số luợng thiết bị điện tăng lên [1-4]. Công nghệ truyền tải điện không dây thường được chia làm ba loại dựa trên khoảng cách truyền dẫn và khả năng ứng dụng của chúng đó là: tầm ngắn; tầm trung; và tầm xa. Các loại này có nguyên lý hoạt động và dải tần hoạt động khác nhau. WPT tầm ngắn có khoảng cách truyền dẫn điển hình từ vài mm đến vài cm, cơ chế hoạt động dựa trên cảm ứng từ ở dải tần số kHz. Các ứng dụng được biết đến nhiều nhất của loại WPT này là sạc không dây cho thiết bị điện tử tiêu Hình 1. Sơ đồ hệ thống WPT 4-cuộn dây. dùng và các thiết bị cấy ghép y sinh. Công nghệ sạc ISBN: 978-604-80-5076-4 198 Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) Hình 1 là sơ đồ của hệ thống WPT 4-cuộn dây với Li các thành phần như sau: cuộn phát/thu, cuộn cộng Trong đó: Qi = là hệ số phẩm chất của cuộn hưởng phát/thu, điện áp cấp vào VS, điện trở nguồn và Ri tải lần lượt là RS và RL. Các khoảng cách từ cuộn phát dây ứng với tham số i. tới cuộn cộng hưởng phát (d12), từ cuộn cộng hưởng Khi hệ thống đối xứng, ta có Q1 = Q4; Q2 = Q3 và phát tới cuộn cộng hưởng thu (d23), từ cuộn cộng k12 = k34, hệ số điện áp giữa nguồn và tải của hệ thống hưởng thu tới cuộn thu (d34) có thể điều chỉnh để đạt là: phối hợp trở kháng cho hệ thống WPT. VL I R k23k122 Q1Q22 RL = 4 L = (4) ...