Пробив: Нова система за безжично предаване на енергията остава стабилна при всякакво натоварване

Безжичните системи за пренос на енергия съществуват още от времето на Никола Тесла и днес се използват за зареждане на смартфоните, електрическите четки за зъби и сензорите за интернет на нещата. Екип от японски учени е разработил метод, базиран на машинно обучение, за проектиране на безжични системи за пренос на енергия, които поддържат стабилна мощност независимо от колебанията на напрежението. Изследователите смятат, че са направили важна крачка към бъдещето, в което преносът на енергия ще стане изцяло безжичен.

Традиционните системи за безжично предаване на енергия изискват индуктивности и кондензатори с точни стойности на параметрите. Тези стойности обикновено се определят чрез сложни аналитични уравнения, базирани на идеализирани условия. В реалността обаче фактори като паразитен капацитет, производствени допуски и условия на околната среда могат да окажат неблагоприятно влияние върху тяхната работа. Това води до нестабилност на изходното напрежение и загуба на възможността за комутация при нулево напрежение, пише IE. Възможността да работят независимо от електрическото напрежение позволява поддържане на комутацията при нулево напрежение и стабилността на изходното напрежение дори при промяна на товара.

Екип от университета в Чиба предложи метод, базиран на машинно обучение, за проектиране на безжична енергийна система с независима от напрежението работа. В него безжичното предаване на енергия се описва с помощта на диференциални уравнения, които описват изменението на напреженията и токовете в системата. Отчитат се характеристиките на реалните компоненти.

Тези уравнения се решават стъпка по стъпка, докато системата достигне равновесно състояние. След това функцията оценява работата на системата по отношение на ключови показатели: стабилността на изходното напрежение, ефективността и коефициента на хармоничните изкривявания. След това алгоритъмът коригира параметрите на схемата, за да подобри резултата. Цикълът на оптимизация се повтаря, докато системата не отговори на изискванията за работа, независима от напрежението.

Изследователите прилагат своя подход при проектирането на безжична енергийна система от клас EF, която съчетава инвертор от клас EF с изправител от клас D. В типичната конфигурация инверторът от клас EF може да поддържа безжично предаване на енергия само в проектната работна точка. Промяната на натоварването обикновено води до срив и намалена ефективност. Системата, разработена с помощта на машинно обучение, е ограничила колебанията на напрежението до по-малко от 5% за различните вариации на напрежението. Обикновено тази стойност е 18% или повече.

Системата също така успешно се справя с безжичния пренос на енергия и осигурява голяма ефективност при различни условия на напрежението, като доставя 23 W мощност с 86,7% ефективност при честота 6,78 MHz. Ефективността на системата се подобрява дори при ниски натоварвания благодарение на точното моделиране на паразитния капацитет на диодите. Внимателният анализ на загубите на мощност показа, че системата е в състояние да поддържа стабилен изходен ток, което е ключов фактор за ефективността.

„Убедени сме, че резултатите от това изследване са важна стъпка към едно напълно безжично общество“, заяви професор Хироо Секия, ръководител на изследователския екип.