Kablosuz güç aktarım sistemlerinde maksimum güç aktarımı için bir adaptif frekans kontrol sistemi tasarlanması ve gerçeklenmesi

Abstract

Kablosuz Güç Aktarımı (KGA) güç kaynağından arada bir bağlantı olmadan hava yoluyla yüke güç aktarılmasına denir. Lazer, mikrodalga, magnetik indüksiyon ve magnetik rezonans KGA sistemleri için kullanılan başlıca yöntemlerdir. Magnetik rezonans yöntemi, yüksek verimlilikle güç aktarımı için orta mesafe uygulamalarında en çok tercih edilen yöntemlerden biridir. Bu yöntemde bulunan kompanzasyon topolojisi, devrenin rezonans frekansında çalışmasını sağlamaktadır. Bu sayede maksimum verimlilikle güç transferi gerçekleştirilmektedir. Devre elemanları bobinler arasındaki mesafeye ve ortama göre belirlenmektedir. Bu nedenle bobinler arasındaki mesafe veya ortamda meydana gelen değişimler güç aktarımını etkilemektedir. Bu etkileri azaltmak için KGA sistemlerine bir kontrol yöntemi uygulanması gerekmektedir. Bu çalışmada, maksimum güç transferi için ideal frekansı belirleyen ve kaynak frekansını sürekli güncelleyen adaptif frekans takip algoritması önerilmiştir. Önerilen yöntem ile çeşitli kuplaj durumlarında maksimum güç aktarımı amaçlandı. Dolayısıyla bu çalışmada verimlilik birinci öncelik değildir. Güç aktarımı sırasında meydana gelebilecek değişiklikler algoritma tarafından tespit edilip, çalışma frekansı maksimum güç aktarımını sağlayacak şekilde yeniden ayarlandı. Önerilen frekans takip algoritması Matlab ortamında oluşturulan magnetik rezonanslı seri-seri kompanzasyonlu model üzerinden test edildi. Simülasyon sonuçları kurulan deneysel düzenek yardımıyla doğrulandı. Çalışmada eşleşme eşiğinin üzerindeki KGA sistemlerinde gözlemlenen frekans ayrılması etkisi göz önünde bulunduruldu. Önerilen kontrol yöntemi, ikincil taraftan topladığı bilgilerle kaynak frekansını ayarladığı için birincil taraf kontrol teknikleri altında sınıflandırılabilir.

Transmitting power through an air gap without any cable called as Wireless Power Transfer (WPT). There are several methods for WPT such as laser, microwave, magnetic resonance, inductive coupling. Inductive Coupling is one of most preferred method for WPT. In this method, power can be transmitted with high efficiency at mid-range applications. Thanks to compensation topology of the circuit, WPT system is able to work at resonance frequency which maximizes the efficiency of power transmission. The selection of circuit parameters is obtained according to distance and medium between coils in this method. Therefore, the changes in distance or medium has great effect on power transfer. In order to reduce these effects, a control method should be applied to the circuit. In this study, an adaptive frequency tracking method which can continuously track the ideal frequency at which the maximum power is transferred to the load is proposed. Proposed method aims stable power transfer over varying coupling conditions. Therefore, efficiency of the power transfer is not a primary objective. Any changes during the transmission period can be detected and the operating frequency is adjusted accordingly to achieve maximum power transmission. The proposed frequency tracking algorithm is simulated on the series-series compensated inductive coupled model with Matlab. Simulation results are verified with the help of experimental setup. Frequency splitting phenomenon of overcoupled WPT systems is also considered in the frequency searching algorithm. This method is classified under primary side control techniques since it gathers information from the load and sets the source frequency.