Исследование энергетических характеристик системы беспроводной зарядки электромобиля
|
Введение 11
1. Беспроводная передача солнечной энергии спутником на Землю, за счет
СВЧ излучения 14
1.1. Влияние атмосферы или окно прозрачности ионосферы 15
1.2. Генерирование излучения высокой мощности 15
1.3. Передающие и приемные антенны 16
1.4. Электромагнитные помехи относительно существующих
беспроводных систем 17
1.5. Биологическое воздействие на ткани человека и животных 17
2. Беспроводная передача энергии, при помощи лазера и фотоэлектрического преобразователя 19
2.1. Эксперимент по передаче энергии при помощи Nd:YAG лазера и
PowerSphere 20
2.2. Результаты эксперимента по передаче энергии при помощи Nd:YAG
лазера и PowerSphere 22
3. Беспроводная передача энергии, при помощи LC компенсации 24
3.1. Недостатки передачи без резонанса 24
3.2. Принципы LC компенсации 25
3.3. Резонансная эффективность и общая эффективность 26
4. Выводы обзора литературы 27
5. Определение параметров связанных контуров 29
5.1. Определение собственной индуктивности квадратной катушки 29
5.2. Определение взаимной индуктивности двух катушек 32
5.3. Собственная емкость и активное сопротивление квадратного
контура 34
5.4. Коэффициент связи и добротность катушек 35
5.5. Схема замещения двух связанных контуров 36
6. Экспериментальное исследование системы беспроводной зарядки
аккумулятора электромобиля 42
6.1. Описание экспериментальной установки 42
6.2. Определение резонансной частоты первичного контура 45
6.3. Определение резонансной частоты вторичного контура 48
6.4. Резонансные кривые двух связанных катушек 52
6.5. Эффективность системы при смещении катушек 55
6.6. Эффективность системы при расположении преграды между
катушками 57
6.7. Вариации нагрузок в системе беспроводной зарядки электромобиля 61
6.8. Общая эффективность системы беспроводной зарядки
электромобиля 65
7. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение . 67
7.1. Планирование проектных работ 68
7.2. Определение работ и этапов выполнения проекта 68
7.3. Разработка графика проведения научного исследования 70
7.4. Смета затрат на исследование 71
7.4.1. Затраты на заработную плату 71
7.4.2. Отчисления на социальные нужды 72
7.4.3. Амортизация компьютерной техники 73
7.4.4. Прочие затраты исследования 73
7.4.5. Накладные расходы 74
7.4.6. Итоговые затраты на проектирование 75
7.5. Смета затрат на оборудование и монтажные работы 75
7.6. Сравнительные показатели эффективности проекта 76
8. Социальная ответственность 80
8.1. Рабочее место 80
8.2. Вредные производственные факторы 80
8.3. Экологическая безопасность 81
8.4. Знакомство и отбор законодательных и нормативных документов 82
8.5. Анализ выявленных вредных факторов 83
8.6. Электромагнитное излучение 84
8.7. Освещенность 86
8.8. Микроклимат производственных помещений 87
8.9. Техника безопасности 89
8.10. Анализ выявленных опасных факторов 90
8.11. Пожарная безопасность 92
8.12. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ... 95
Заключение 97
Приложение А
1. Беспроводная передача солнечной энергии спутником на Землю, за счет
СВЧ излучения 14
1.1. Влияние атмосферы или окно прозрачности ионосферы 15
1.2. Генерирование излучения высокой мощности 15
1.3. Передающие и приемные антенны 16
1.4. Электромагнитные помехи относительно существующих
беспроводных систем 17
1.5. Биологическое воздействие на ткани человека и животных 17
2. Беспроводная передача энергии, при помощи лазера и фотоэлектрического преобразователя 19
2.1. Эксперимент по передаче энергии при помощи Nd:YAG лазера и
PowerSphere 20
2.2. Результаты эксперимента по передаче энергии при помощи Nd:YAG
лазера и PowerSphere 22
3. Беспроводная передача энергии, при помощи LC компенсации 24
3.1. Недостатки передачи без резонанса 24
3.2. Принципы LC компенсации 25
3.3. Резонансная эффективность и общая эффективность 26
4. Выводы обзора литературы 27
5. Определение параметров связанных контуров 29
5.1. Определение собственной индуктивности квадратной катушки 29
5.2. Определение взаимной индуктивности двух катушек 32
5.3. Собственная емкость и активное сопротивление квадратного
контура 34
5.4. Коэффициент связи и добротность катушек 35
5.5. Схема замещения двух связанных контуров 36
6. Экспериментальное исследование системы беспроводной зарядки
аккумулятора электромобиля 42
6.1. Описание экспериментальной установки 42
6.2. Определение резонансной частоты первичного контура 45
6.3. Определение резонансной частоты вторичного контура 48
6.4. Резонансные кривые двух связанных катушек 52
6.5. Эффективность системы при смещении катушек 55
6.6. Эффективность системы при расположении преграды между
катушками 57
6.7. Вариации нагрузок в системе беспроводной зарядки электромобиля 61
6.8. Общая эффективность системы беспроводной зарядки
электромобиля 65
7. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение . 67
7.1. Планирование проектных работ 68
7.2. Определение работ и этапов выполнения проекта 68
7.3. Разработка графика проведения научного исследования 70
7.4. Смета затрат на исследование 71
7.4.1. Затраты на заработную плату 71
7.4.2. Отчисления на социальные нужды 72
7.4.3. Амортизация компьютерной техники 73
7.4.4. Прочие затраты исследования 73
7.4.5. Накладные расходы 74
7.4.6. Итоговые затраты на проектирование 75
7.5. Смета затрат на оборудование и монтажные работы 75
7.6. Сравнительные показатели эффективности проекта 76
8. Социальная ответственность 80
8.1. Рабочее место 80
8.2. Вредные производственные факторы 80
8.3. Экологическая безопасность 81
8.4. Знакомство и отбор законодательных и нормативных документов 82
8.5. Анализ выявленных вредных факторов 83
8.6. Электромагнитное излучение 84
8.7. Освещенность 86
8.8. Микроклимат производственных помещений 87
8.9. Техника безопасности 89
8.10. Анализ выявленных опасных факторов 90
8.11. Пожарная безопасность 92
8.12. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ... 95
Заключение 97
Приложение А
Цель работы - создание установки для изучения беспроводной зарядки электромобиля. Выявление проблем данного исследования и подсчет эффективности.
В процессе исследования проводился аналитический обзор литературных источников по тематике исследования. Найдены наиболее подходящие способы для изучения беспроводной передачи энергии в рамках лаборатории. Определены параметры и форма катушек наиболее подходящие для исследования. Проведены опыты по исследованию факторов влияющих на работу системы и сняты показатели эффективность.
Степень внедрения. Проведение практических исследований по беспроводной передачи энергии дадут положительные результаты и возможность увеличивать эффективность передачи энергии и увеличение расстояния передачи.
Область применения. Энергетика. Медицина. Электроника. Бытовая техника.
Значимость работы. Система беспроводной зарядки электромобиля может применяться не только для заряда автомобилей, но и в других сферах. Данная система позволит уйти от привычных для людей большого количества проводов и облегчит жизнь человека. С экономической точки зрения, система, при совершенствовании беспроводной передачи в будущем, позволит сократить затраты на токопроводящих жилах.
Беспроводная передача энергии — передача энергии без использования токопроводящих жил в электрической цепи. К 2017 году существуют успешные опыты многих ученых мира. Один из успешных опытов по передачи энергии мощностью более десятков киловатт в микроволновом диапазоне с КПД около 40 % — в 1975 году в Goldstone, Калифорния и в 1997 в Grand Bassin на острове Реюньон (на расстояние более километра, исследования в области энергоснабжения удаленного населенного пункта без прокладки кабельной электросети).
Беспроводная передача энергии может осуществляться различными способами:
- индукционный (небольшие расстояния и относительно малые мощности);
- резонансный (бесконтактные смарт-карты и чипы);
- направленный электромагнитный (УФ излучение до СВЧ).
Беспроводная передача энергии являлась предметом длительных обсуждений последние несколько десятилетий. Особое внимание первоначально уделяли передаче сверхмощной энергии на большие расстояния при помощи СВЧ излучения (в первую очередь для передачи космической солнечной энергии и для электропитания труднодоступных или заброшенных районов), а также уделяли внимание передачи маломощной энергии на малые расстояния (для беспроводной системы потребления электроэнергии и для использования в медицине).
Исследования и разработки связанные с беспроводной передачей энергии представлены ниже в виде списка, по которому видно, что исследования и
разработки в данной области начались очень давно.
В процессе исследования проводился аналитический обзор литературных источников по тематике исследования. Найдены наиболее подходящие способы для изучения беспроводной передачи энергии в рамках лаборатории. Определены параметры и форма катушек наиболее подходящие для исследования. Проведены опыты по исследованию факторов влияющих на работу системы и сняты показатели эффективность.
Степень внедрения. Проведение практических исследований по беспроводной передачи энергии дадут положительные результаты и возможность увеличивать эффективность передачи энергии и увеличение расстояния передачи.
Область применения. Энергетика. Медицина. Электроника. Бытовая техника.
Значимость работы. Система беспроводной зарядки электромобиля может применяться не только для заряда автомобилей, но и в других сферах. Данная система позволит уйти от привычных для людей большого количества проводов и облегчит жизнь человека. С экономической точки зрения, система, при совершенствовании беспроводной передачи в будущем, позволит сократить затраты на токопроводящих жилах.
Беспроводная передача энергии — передача энергии без использования токопроводящих жил в электрической цепи. К 2017 году существуют успешные опыты многих ученых мира. Один из успешных опытов по передачи энергии мощностью более десятков киловатт в микроволновом диапазоне с КПД около 40 % — в 1975 году в Goldstone, Калифорния и в 1997 в Grand Bassin на острове Реюньон (на расстояние более километра, исследования в области энергоснабжения удаленного населенного пункта без прокладки кабельной электросети).
Беспроводная передача энергии может осуществляться различными способами:
- индукционный (небольшие расстояния и относительно малые мощности);
- резонансный (бесконтактные смарт-карты и чипы);
- направленный электромагнитный (УФ излучение до СВЧ).
Беспроводная передача энергии являлась предметом длительных обсуждений последние несколько десятилетий. Особое внимание первоначально уделяли передаче сверхмощной энергии на большие расстояния при помощи СВЧ излучения (в первую очередь для передачи космической солнечной энергии и для электропитания труднодоступных или заброшенных районов), а также уделяли внимание передачи маломощной энергии на малые расстояния (для беспроводной системы потребления электроэнергии и для использования в медицине).
Исследования и разработки связанные с беспроводной передачей энергии представлены ниже в виде списка, по которому видно, что исследования и
разработки в данной области начались очень давно.
В рамках данной магистерской диссертации, рассмотрены существующие способы беспроводной передачи энергии. Выбран приемлемый вариант передачи энергии при помощи способа электромагнитной индукции, для системы беспроводной зарядки электромобиля. Данный способ более экономичен в плане исследования и проектирования, а так же более гибок для применения в повседневной жизни.
Для системы беспроводной зарядки электромобиля рассчитаны передающая и принимающая катушки, определены емкости конденсаторов для создания резонанса в системе передачи, а так же определены показатели эффективности и влияющие факторы. Опыты, с рассмотрением факторов влияющих на эффективность системы, показали, что система будет не эффективна без учета следующих факторов:
- расположения катушек близкого к соосному;
- отсутствие железной преграды между катушками, а так же перед передающей;
- определение реальной нагрузки.
Проведенные опыты показывают, что данная система передачи, эффективна с учетом факторов и может применяться для подзарядки электромобиля.
В разделе финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение разработан график проведения научного исследования, и рассчитаны затраты на исследование. Определена эффективность научного исследования путем анализа и оценки научно-технического уровня проекта. В результате посчитаны сравнительные интегральные показатели эффективности для проведенного исследования и исследования с другими формами катушки .
В разделе социальной ответственности были выявлены вредные проявления факторов производственной среды, опасные проявления факторов производственной среды, негативное воздействие на окружающую природную среду. Рассмотрены допустимые значения действия вредных факторов на организм человека. Рассмотрены правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности и защита в чрезвычайных ситуациях. Рассмотрен вредный производственный фактор по допустимому электромагнитному излучению, который важен для рабочей установки беспроводной зарядки электромобиля
Для системы беспроводной зарядки электромобиля рассчитаны передающая и принимающая катушки, определены емкости конденсаторов для создания резонанса в системе передачи, а так же определены показатели эффективности и влияющие факторы. Опыты, с рассмотрением факторов влияющих на эффективность системы, показали, что система будет не эффективна без учета следующих факторов:
- расположения катушек близкого к соосному;
- отсутствие железной преграды между катушками, а так же перед передающей;
- определение реальной нагрузки.
Проведенные опыты показывают, что данная система передачи, эффективна с учетом факторов и может применяться для подзарядки электромобиля.
В разделе финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение разработан график проведения научного исследования, и рассчитаны затраты на исследование. Определена эффективность научного исследования путем анализа и оценки научно-технического уровня проекта. В результате посчитаны сравнительные интегральные показатели эффективности для проведенного исследования и исследования с другими формами катушки .
В разделе социальной ответственности были выявлены вредные проявления факторов производственной среды, опасные проявления факторов производственной среды, негативное воздействие на окружающую природную среду. Рассмотрены допустимые значения действия вредных факторов на организм человека. Рассмотрены правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности и защита в чрезвычайных ситуациях. Рассмотрен вредный производственный фактор по допустимому электромагнитному излучению, который важен для рабочей установки беспроводной зарядки электромобиля