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Schaltungstopologien für induktive Energieübertragungssysteme

Blindleistungskompensation und Systemverhalten der kontaktlosen induktiven Energieversorgung

Systemübersicht eines induktiven Übertragers

Der Aufbau eines kontaktlosen induktiven Energieübertragungssystemen (CET-System) ist in Abbildung 1 dargestellt. Die induktive Energieübertragung ist mit hohem Wirkungsgrad bei einem geringen Koppelfaktor des Spulensystems technisch möglich, sofern die Blindleistung des Systems kompensiert wird. Bei der induktiven Übertragung werden die Induktivitäten der Übertragungsspulen durch Kondensatoren kompensiert. Die Anordnung der Kondensatoren kann entweder seriell (s) oder parallel (p) zu den Spulen erfolgen. Grundlegend lassen sich bei der Verwendung von jeweils einer Kapazität für die Primärseite (1) und die Sekundärseite (2) folgende Kompensationstopologien unterscheiden:

  • 1p2p-Topologie
  • 1s2p-Topologie
  • 1p2p-Topologie
  • 1p2s-Topologie

Die Auswahl, welche Topologie zur Kompensation des CET-Systems verwendet wird, ist abhängig vom gewünschten Systemverhalten. Beispielsweise lässt sich durch eine geeignete Wahl lastseitig ein Spannungs- oder ein Stromquellenverhalten realisieren. In Abbildung 2 ist das Systemverhalten in Form von Spannungsübertragungsfunktion und Eingangsimpedanz für das 1s2s System dargestellt.

Durch die Kompensation der induktiven Energieübertragungsstrecke ergeben sich mehrere Resonanzfrequenzen. Ein Betrieb des CET-Systems erfolgt stets in einer der Resonanzfrequenzen. Basierend auf diesen Grundlagen werden am IEW verschiedene Entwicklungs- und Forschungsprojekte durchgeführt.

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Institut für Elektrische Energiewandlung