Модель системы беспроводного заряда при функционировании в морской воде в условиях качки. Ч. 2

Исследование посвящено разработке комплексной математической и компьютерной модели системы беспроводного заряда аккумуляторов автономных плавучих аппаратов, функционирующей в морской воде в условиях качки. Актуальность обусловлена отсутствием моделей, учитывающих совместное влияние переменного взаимного положения катушек и специфики высокопроводящей среды. Представлены результаты экспериментов, проводимых для системы беспроводного заряда мощностью 150 Вт с последовательной LC-топологией, предназначенной для работы в морской среде. Цель экспериментов — верификация комплексной математической и компьютерной модели, основанная на математическом описании, приведенном в первой части статьи, и оценка влияния проводящей среды (пресной и морской воды) на энергетические характеристики системы. Представлены экспериментальная установка с многослойными катушками и методика проведения измерений. Проведен сравнительный анализ амплитудно-частотных характеристик системы в воздухе, пресной и морской воде и результатов моделирования. Методом последовательного приближения идентифицированы параметры эквивалентной схемы замещения, учитывающие потери на вихревые токи. Показано, что модель М₂, учитывающая эти потери через эквивалентные активные сопротивления, демонстрирует высокую сходимость с экспериментом (СКО не более 5 %), тогда как влияние паразитных емкостей в рабочем диапазоне частот 90–130 кГц пренебрежимо мало. Подтверждена необходимость учета нелинейности полупроводниковых элементов для корректного описания процессов в частотной области. Полученные результаты подтверждают корректность разработанной модели и ее пригодность для прогнозирования характеристик системы в реальных условиях эксплуатации.

1. Семыкина И. Ю., Смокталь Н. Н., Велиляев А. С., Завьялов В. М. Модель системы беспроводного заряда при функционировании в морской воде в условиях качки. Ч. 1 // Изв. вузов. Приборостроение. 2026. Т. 69, № 7. С. 631–642. DOI: 10.17586/0021-3454-2026-69-7-631-642.

2. Семыкина И. Ю., Велиляев А. С., Смокталь Н. Н., Завьялов В. М. Оптимизация систем беспроводного заряда с последовательной LC-топологией и многослойной конструкцией катушек // Изв. вузов. Электромеханика. 2026. Т. 1, № 1. С. 36–48.

3. Li J., Shi J., Huang H., Wang Z., Zhang Y., Qin H., Zhang G. AUV Wireless Power Transfer System Multi-objective Optimization Design and Robust Control Strategies // Ocean Engineering. 2025. Vol. 341. P. 122745. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2025.122745.

4. Zhao Q., Wang A., Liu J., Wang X. The Load Estimation and Power Tracking Integrated Control Strategy for Dual-Sides Controlled LCC Compensated Wireless Charging System // IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 75749–75761. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2922329.

5. Chow P. W., Chun H., Chen C. S., Wan W. Use of transmitter-side electrical information to estimate system parameters of wireless inductive links // IEEE Trans. Power Electron. 2017. Vol. 32(9). P. 7169–7186. DOI: 1109/TPEL.2016.2623681.

6. Kobayashi D., Imura T., Hori Y. Real-time coupling coefficient estimation and maximum efficiency control on dynamic wireless power transfer for electric vehicles // IEEE PELS Workshop on Emerging Technologies: Wireless Power. Daejeon, South Korea, 2015. P. 1–6. DOI: 10.1109/WoW.2015.7132799.

7. Zhang H., Tan P., Shangguan X., Zhang X., Liu H. Machine learning-based parameter identification method for wireless power transfer systems // Journal of Power Electronics. 2022. Vol. 22. P. 1606–1616. DOI: 10.1007/s43236022-00454-6.

8. Semykina I. Y., Velilyaev A.-K. S., Smoktal N. N. On the coils’ mutual inductance determination of a wireless power transfer system with a quasi-free positioning of the receiver // Intern. Conf. on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). Sochi, 2025. P. 344–349.

9. Imura T. Wireless Power Transfer: Using Magnetic and Electric Resonance Coupling Techniques. Singapore: Springer, 2020. 427 p. DOI: 10.1007/978-981-15-4580-1.

10. Alhalabi M., Rashed A., Iqbal N. B., Tarabsheh A. A. Modelling of SiC Power MOSFET in Matlab, Simulink, and LTSpice // IEEE Intern. Conf. on Environment and Electrical Engineering and IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC / I&CPS Europe). IEEE, 2018. P. 1–6. DOI: 10.1109/EEEIC.2018.849420.

11. Глебов Б. Моделирование потерь мощности от вихревых токов в проводниках обмоток магнитных элементов // Силовая электроника. 2022. № 3(96). С. 14–16.

12. Yu L. Research on key technologies of wireless power transmission system for underwater application: Extended absctract of Candʹs Thesis. Harbin Engineering Univ., 2016.

13. Cheng Z., Lei Y., Song K., Zhu C. Design and loss analysis of loosely coupled transformer for an underwater highpower inductive power transfer system // IEEE Trans. on Magnetics. 2015. Vol. 51, iss. 7. P. 1–10. DOI: 10.1109/TMAG.2014.2346737.

14. Xu F., Huang H. Frequency selection for underwater wireless power transfer based on the analysis of eddy current loss // AEU — Intern. Journal of Electronics and Communications. 2023. Vol. 163. P. 154618. DOI: 10.1016/j.aeue.2023.154618.

15. Liu Z., Li F., Tao C., Li S., Wang L. Design of wireless power transfer system for autonomous underwater vehicles considering seawater eddy current loss // Microsystem Technologies. 2021. Vol. 27. P. 3783–3792. DOI: 10.1007/s00542-020-05168-y.

16. Asadi F. Simulation of Power Electronics Circuits with MATLAB®/Simulink®: Design, Analyze, and Prototype Power Electronics. Berkeley, CA: Apress, 2022. 534 p. DOI: 10.1007/978-1-4842-8220-5.

17. Zhang Y., de Rooij M. Rectifier topology comparison in 6.78 MHz highly resonant wireless power systems // IEEE Applied Power Electronics Conf. and Exposition (APEC). IEEE, 2019. P. 671–677. DOI: 10.1109/APEC.2019.8722127.