Induktive Energieauskopplung für autonome Sensoren an Energieübertragungsleitungen

Wie lassen sich Sensoren an Energieübertragungsleitungen kabellos mit Energie versorgen? Ein Projekt mit der PFIFFNER Messwandler AG untersucht eine Lösung zur induktiven Energieauskopplung für autonome Messsensoren.

Die PFIFFNER Messwandler AG entwickelt Lösungen für die Messung und Überwachung elektrischer Energieübertragungssysteme. Im Rahmen einer neuen Produktentwicklung soll eine Energieversorgung entstehen, die direkt an einer Energieübertragungsleitung angebracht werden kann. Ziel ist es, Messsensoren an Versorgungsleitungen autonom und kabellos mit Energie zu versorgen. Dafür wird elektrische Energie induktiv aus der Leitung ausgekoppelt und in eine stabile Spannungsversorgung für Sensoren umgewandelt.

Technologie:

Zentraler Bestandteil des Projekts war das System TIDA-01385 von Texas Instruments. Dieses verarbeitet den von einem Stromwandler ausgekoppelten Strom und stellt daraus eine stabile Spannungsversorgung bereit. Damit kann geprüft werden, ob und unter welchen Bedingungen genügend Leistung für den Betrieb von Messsensoren zur Verfügung steht.

Im Projekt wurde das System auf Funktion und Effizienz untersucht. Für die Messungen wurde ein Python-Programm entwickelt, das bei einem definierten Eingangsstrom die angeschlossene Last schrittweise erhöht. Die Messdaten wurden anschliessend gespeichert und ausgewertet. Die Abbildungen im Projektposter zeigen den verwendeten Print, die Messdaten sowie die Systemübersicht des TIDA-01385 Prints.

Ziele

Das Projekt zielte darauf ab, die technische Machbarkeit einer kabellosen Energieversorgung für Sensoren an Energieübertragungsleitungen zu prüfen. Dabei standen vor allem drei Fragen im Zentrum:

Kann das TIDA-01385 System aus dem ausgekoppelten Strom zuverlässig eine stabile Spannungsversorgung erzeugen?

Welche Leistung steht bei niedrigen Eingangsstromwerten zur Verfügung?

Welche Komponenten verursachen die grössten Verluste im System?

Ergebnisse

Das TIDA-01385 System funktionierte im Versuch einwandfrei. Die Untersuchungen zeigten, dass die Grenze des Systems bei rund 22 mA Eingangsstrom liegt. Bei diesem Strom konnten am Ausgang noch 29 mW Leistung bereitgestellt werden.

Die Auswertung der Messergebnisse und der Verlustbetrachtung zeigte zudem, dass vor allem der Gleichrichter die Effizienz des Systems beeinträchtigt. Der Boost-Konverter erreichte eine Effizienz von 0.9. Bei den einzelnen Komponenten verursachten insbesondere die Dioden die grössten Verluste. Für die Gleichrichterverluste wurde ein Wert von 0.63 berechnet.

Projektteam

Die Arbeit wurde von Luca Piller Hoffer durchgeführt. Auftraggeber war die PFIFFNER Messwandler AG in Hirschthal. Betreut wurde das Projekt von Prof. Dr. Mathieu Coustans.

Fazit