Пахалюк Б. П. Напiвпровiдниковi перетворювачi з покращеними масогабаритними параметрами для бездротової зарядки на основi iмпедансної ланки в резонансному режимi

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0824U003065

Облікова картка дисертації

0824U003065.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 141 - Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка

Спеціалізована вчена рада

ДФ11/2024 (ID6896 )

Національний університет "Чернігівська політехніка"

Анотація

Пахалюк Б.П. Напiвпровiдниковi перетворювачi з покращеними масогабаритними параметрами для бездротової зарядки на основi iмпедансної ланки в резонансному режимi. - Квалiфiкацiйна наукова праця на правах рукопису. Дисертацiя на здобуття наукового ступеня доктора фiлософiї за спецiальнiстю 141 «Електроенергетика, електротехнiка та електромеханiка» (014 - Електрична iнженерiя). - Нацiональний унiверситет “Чернiгiвська полiтехнiка”, Чернiгiв, 2024. Дисертацiйна робота присвячена вирiшенню актуального наукового завдання - оптимiзацiї перетворювача, як частини системи бездротової передачi енергiї з використанням багатобмоточних рiшень, а саме використанню iмпедансної ланки з мiнiмальною кiлькiстю напiвпровiдникових елементiв, шляхом виконання аналiзу, розрахункiв i впровадженням програмних i технiчних методiв. З розвитком технологiй, а також зi збiльшенням кiлькостi портативних електричних пристроїв технологiя бездротової передачi енергiї набула виликої популярностi в останнi десятилiття. Такi системи характеризуються високою надiйнiстю, оскiльки не маєть дротiв i механiчних роз’ємiв. Це також пiдвищує безпечнiсть таких систем, де присутнiсть високого рiвня вологостi чи iнших факторiв не впливає на процес передачi енергiї. Вiдсутнiсть необхiдностi в безпосередньому механiчному контактi мiж приймачем i передавачем дозволяє розмiстити системи передачi енергiї в герметичному корпусi, що дозволяє багатократно збiльшити стiйкiсть таких пристроїв до будь яких зовнiшнiх чинникiв. Не зважаючи на те, що технологiя бездротової передачi енергiї вже вiдома бiльше нiж сто рокiв, основним завданням залишається мiнiмiзацiя розмiру системи передачi енергiї, разом зi збiльшенням її надiйностi та безпеки. Основними елементами, якi визначають як розмiр так i цiну систем бездротовох передачi енергiх є напiвпровiдниковi i реактивнi компоненти. В ходi математичного аналiзу, з використанням iмiтацiйних моделей зв’язаних котушок, було визначено, що з точки зору пiдтримання фiксованої вихiдної потужностi i високої ефективностi можлива реалiзацiя зв’язаних котушок з мiнiмальною кiлькiстю виткiв, але з високою об’ємною густиною потужностi. Проаналізувавши топології iнверторiв, в ходi багатокритерiального порiвняльного аналiзу, була запропонована топологiя з використанням iмпедансної ланки, яка дозволила зменшити втрати в напiвпровiдникових елементах i збiльшила надiйнiсть схеми завдяки реактивним компонентам, якi обмежують струм вiд вхiдного джерела в режимi повної провiдностi. Така топологiя пiдвищує вхiдну напругу i дозволяє працювати з напругами, якi в одиницi разiв перевищують вхiдну напругу. Це дозволяє виконувати передачу енергiї при зменшених значеннях струму, тим самими зменшуючи втрати в iндуктивностях i в зв’язаних котушках. Враховуючи що для роботи запропонованого рiшення в системi зарядки аккумуляторiв є необхiдним зворотнiй зв’язок, який має коммунiкацiйну затримку i яка може вплинути на стабiльнiсть системи керування, було запропоновано систему керування з використанням предиктора Смiта. Це дозволило мiнiмiзувати вплив коммунiкацiйної затримки i розширити дiапазон стабiльностi при значних вiдхиленнях затримки. З метою верифiкацiї роботи запропонованого рiшення бездротової передачi енергiї був розроблений експериментальний макет малої потужностi, який був проаналiзований при рiзних конфiгурацiях топологiй, таких як рiзнi положення зв’язаних котушок чи конфiгурацiя з використанням додаткового напiвпровiдникового ключа для мiнiмiзацiї втрат. Також був розроблений макет конвенцiонального рiшення бездротової передачi енергiї. Цi рiшення були порiвнянi в схожих умовах, при однакових вхiдних параметрах i спiввiдношеннях коєфiцiєнтiв зв’язку зв’язаних котушок. Запропоноване рiшення показало вищу ефективнiсть.

Читати повністю

Публікації

1. B. Pakhaliuk, O. Husev, V. Shevchenko, J. Zakis, K. Maksym, and R. Strzelecki, “Modified inductive multicoil wireless power transfer approach based on z-source network,” IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 9, no. 4, pp. 4906–4917, Aug. 2021.

2. V. Shevchenko, B. Pakhaliuk, O. Husev, D. Vinnikov, and R. Strzelecki, “Wireless charging station design for electric scooters: Case study analysis,” Energies, vol. 17, no. 11, p. 2472, May 2024.

3. V. Shevchenko, B. Pakhaliuk, J. Zakis, O. Veligorskyi, J. Luszcz, O. Husev, O. Lytvyn, and O. Matiushkin, “Closed-loop control system design for wireless charging of low-voltage ev batteries with time-delay constraints,” Energies, vol. 14, no. 13, p. 3934, Jun. 2021.

4. V. Shevchenko, B. Pakhaliuk, O. Husev, O. Veligorskyi, D. Stepins, and R. Strzelecki, “Feasibility study gan transistors application in the novel split-coils inductive power transfer system with t-type inverter,” Energies, vol. 13, no. 17, p. 4535, Sep. 2020.

5. B. Pakhaliuk, O. Husev, V. Shevchenko, O. Veligorskyi, and K. Kroics, “Novel inductive power transfer approach based on z-source network with compensation circuit,” in 2018 IEEE 38th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). IEEE, apr 2018, pp. p. 1–6.

6. B. Pakhaliuk, O. Husev, V. Shevchenko, J. Zakis, and D. Stepins, “Multivariable optimal control of wireless power transfer systems with series-parallel compensation,” in 2019 IEEE 60th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON). IEEE, Oct. 2019.

7. B. Pakhaliuk, O. Husev, R. Strzelecki, V. Shevchenko, and K. Maksym, “Comparative evaluation of multicoil inductive power transfer approaches based on z-source network,” in 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). IEEE, Jul. 2019.

8. B. Pakhaliuk, O. Husev, R. Strzelecki, K. Tytelmaier, J. Zakis, and D. Stepins, “Optimal multivariable control for modified z-source based ipt,” in 2018 IEEE 59th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON). IEEE, Nov. 2018.

9. B. Pakhaliuk, O. Husev, R. Strzelecki, and K. Tytelmaier, “Optimal components design for modified z-source based ipt approach,” in 2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). IEEE, Sep. 2018.

10. B. Pakhaliuk, O. Husev, V. Shevchenko, K. Kroics, D. Stepins, and R. Strzelecki, “Inductive bifilar coil based wireless charging system for autonomous electric boat,” in 2022 IEEE 31st International Symposium on Industrial Electronics (ISIE). IEEE, Jun. 2022.

11. B. Pakhaliuk, V. Shevchenko, R. Strzelecki, and J. Zakis, “Harmonics influence analysis in modified inductive multi-coil wireless power transfer approach based on z-source network,” in Комплексне забезпечення якостi технологiчних процесiв та систем, May 2021.

12. B. Pakhaliuk, V. Shevchenko, D. Stepins, and J. Zakis, “Automated multicoil coupling coefficient measurement with switched relay system,” in Комплексне забезпечення якостi технологiчних процесiв та систем, May 2020.

13. “Iндуктивний спосiб передачi енергiї на основi iмпедансної ланки в резонансному режимi,” UA patent 125 856, May 25, 2018, Пахалюк Богдан, Гусев Олександр, Шевченко Вiктор, Велiгорський Олександр.

14. “Система бездротової передачi енергiї на основi двох послiдовно включених передаввальних котушок iз середньою точно-кю,” UA patent 127 763, May 25, 2023, Пахалюк Богдан, Гусев Олександр, Шевченко Вiктор, Велiгорський Олександр.

15. V. Shevchenko, B. Pakhaliuk, and H. Oleksandr, “Review the main technologies of the wireless charging of energy accumulators for small-purchasing systems,” TECHNICAL SCIENCES AND TECHNOLOG IES, no. 4(10), pp. 133–146, 2017.

16. V. Shevchenko, B. Treiko, O. Husev, B. Pakhaliuk, and K. Oleg, “ОГЛЯД I ПОРIВНЯННЯ БАЗОВИХ ТОПОЛОГIЙ КОМПЕНСАЦIЇ ДЛЯ БЕЗДРОТОВОЇ ПЕРЕДАЧI ЕНЕРГIЇ,” TECHNICAL SCIENCES AND TECHNOLOG IES, no. 3(13), pp. 209–218, 2018

Читати повністю

Схожі дисертації

0824U003387

Слободян Руслан Олександрович

Підвищення надійності та ефективності електричних мереж операторів систем розподілу

0824U003388

Козачук Олег Іванович

Інтелектуалізація розподільних електричних мереж з фотоелектричними станціями та активними споживачами електроенергії

0824U003034

Джеря Тетяна Едуардівна

Оптимізація інформаційних потоків параметрів режиму електропостачання

0824U002994

Суворов Владислав Олегович

МОДЕЛІ ТА МЕТОДИ АНАЛІЗУ ЕФЕКТИВНОСТІ ТА ПРАЦЕЗДАТНОСТІ ЕНЕРГОСИСТЕМИ ПРИ НАНЕСЕННІ ВИПАДКОВИХ ТА ЗАПЛАНОВАНИХ ЗБУРЕНЬ

0824U002951

Шевчук Віталій Вадимович

Методи і засоби визначення наявності спотворення якості електроенергії в системах електропостачання.