تحلیل و بهینه سازی انتقال برق به صورت بی سیم با در نظر داشتن زاویه انحراف یک سیم پیچ
چکیده
انتقال برق به صورت بی سیم (WPT) مبتنی بر تزویج مغناطیسی یکی از تکنولوژی های امید بخش در بسیاری از کاربردهای صنعتی می باشد. کارایی سیستم های WPT معمولا مبتنی بر زاویه انحراف سیم پیچ های ارسال کننده و یا دریافت کننده می باشد. این کار، تاثیر زاویه انحراف را بر روی کارایی سیستم های WPT با عدم تطابق افقی، بررسی می کند. اندوکتانس متقابل بین دو سیم پیچ که در جایگاه های دلخواه با زاویه های انحراف قرار گرفته اند، در این مطالعه با استفاده از تحلیل های عددی مبتنی بر فرمول نیومن، محاسبه می شود. کارایی سیستم WPT با یک سیم پیچ با انحراف زاویه ای، با استفاده از مدل مدار معادل با اندوکتانس متقابل محاسبه می شود. با تحلیل کردن نتایج، ما یک زاویه انحراف بهینه را برای ماکسیموم کردن کارایی سیستم WPT ارائه می کنیم. بهترین زاویه برای ماکسیموم کردن کارایی مبتنی بر شعاع دو سیم پیچ و جایگاه نسبی شان می باشد. کارایی محاسبه شده نسبت به زاویه انحراف برای موارد مختلف از WPT، که شعاع RX (r2 = 0.075 m, 0.1 m, 0.15 m) و فاصله افقی (y = 0 m, 0.05 m, 0.1 m) را تغییر میدهد ، با نتایج آزمایشی مقایسه شده است . کارایی های استخراج شده و زوایای بهینه انحراف به صورت تحلیلی به خوبی مطابق با نتایج آزمایشی هستند.
1. مقدمه
انتقال برق به صورت بی سیم (WPT) مبتنی بر تزویج مغناطیسی، اخیرا در بسیاری از کاربرد ها مانند وسایل نقلیه، روباتیک، و وسایل پزشکی مورد استفاده قرار گرفته است [1و2]. WPT که از تزویج تشدید کننده های مغناطیسی استفاده می کند می تواند باعث بهبود کارایی انتقال توان (PTE) و یا توسعه بازه انتقال برق در مقایسه با سیستم های تزویج القایی بشود. برای بهبود PTE، محقق ها از روش های مختلف استفاده کرده اند مانند تطبیق امپدانس [3و 4] یا تنظیم کردن تزویج در میان انتقال دهنده های مختلف (TX ها) و یا دریافت کننده های مختلف (RX ها) [5] و در این مطالعه ها، تلاش شده است تا شرایط بهینه برای تفاوت فاز و نسبت دامنه بین TX مجاور [6] و دیگر پارامتر ها، اعمال شود.
4. جمع بندی
در این مطالعه، ما تاثیر زاویه انحراف سیم پیچ را بر روی PTE در سیستم های WPT بررسی می کنیم. بر اساس نتایج تحلیل ها، PTE سیستم های WPT با دو سیم پیچ دایره ای را می توان با تغییر زاویه انحراف، جایگاه نسبی، و شعاع سیم پیچ ها تغییر داد. برای رسیدن به PTE بهینه سازی شده، ما روشی را برای محاسبه اندوکتانس متقابل بین دو سیم پیچ ارائه می کنیم که زاویه انحراف در این شبیه سازی ها در یک حالت اختیاری در مختصات سه بعدی بر اساس معادله های نیومن قرار گرفته است. با استفاده از اندوکتانس متقابل استخراج شده و مدل مدار معادل برای سیستم WPT، ضریب تزویج و PTE مبتنی بر زاویه انحراف به دست می آید. ما یک طرح تحلیلی را برای استخراج کردن بیشترین زاویه انحراف ارائه می کنیم تا میزان کارایی به بیشترین مقدار برسد. برای نشان دادن مدل نظری، ما آزمایش ها را با استفاده از WPT با دو سیم پیچ دایره ای ارائه می کنیم. با تغییر دادن جایگاه ، شعاع و زاویه انحراف سیم پیچ های RX، ما کارایی انتقال را در موارد مختلف بررسی می کنیم. تحلیل ارائه شده به صورت موثر می تواند زاویه انحراف بهینه سیم پیچ RX و PTE را برای موارد مختلف، پیش بینی کند.
Abstract
Wireless power transfer (WPT) based on magnetic resonant coupling is a promising technology in many industrial applications. Efficiency of the WPT system usually depends on the tilt angle of the transmitter or the receiver coil. This work analyzes the effect of the tilt angle on the efficiency of the WPT system with horizontal misalignment. The mutual inductance between two coils located at arbitrary positions with tilt angles is calculated using a numerical analysis based on the Neumann formula. The efficiency of the WPT system with a tilted coil is extracted using an equivalent circuit model with extracted mutual inductance. By analyzing the results, we propose an optimal tilt angle to maximize the efficiency of the WPT system. The best angle to maximize the efficiency depends on the radii of the two coils and their relative position. The calculated efficiencies versus the tilt angle for various WPT cases, which change the radius of RX (r2 =0.075 m, 0.1 m, 0.15 m) and the horizontal distance (y=0 m, 0.05 m, 0.1 m), are compared with the experimental results. The analytically extracted efficiencies and the extracted optimal tilt angles agree well with those of the experimental results.
I. INTRODUCTION
Wireless power transfer (WPT) based on the magnetic resonant coupling scheme has recently become widely used in many applications, such as electric vehicles, robotics, and medical devices [1, 2]. The WPT using magnetic resonant coupling can improve the power transfer efficiency (PTE) or extend the service range compared with inductively coupled systems. To improve the PTE, researchers have used various methods, such as impedance matching [3, 4], adjusting the coupling among multiple transmitters (TXs) or multiple receivers (RXs) [5], and applying the optimum condition of the values of phase difference and amplitude ratio between two adjacent TXs [6], among others.
IV. CONCLUSION
We analyze the effect of the tilt angle of the coil on the PTE of the WPT system. Based on our analysis results, the PTE of a WPT with two circular coils can be optimized by changing the tilt angle, relative position, and radii of coils. To archive the optimized PTE, we propose a method to calculate the mutual inductance between the two coils with the tilt angle located at an arbitrary position in a 3D coordinate through the Neumann equation. Using the extracted mutual inductance and the equivalent circuit model of the WPT system, the coupling coefficient and the PTE depending on the tilt angle are extracted. We propose an analytical scheme to extract the optimal tilt angle that maximizes efficiency. To demonstrate our proposed theoretical method, we design experiments using a WPT with two circular coils. By changing the position, radius, and the tilt angle of the RX coils, we compare the transmission efficiency of the different cases. The suggested analysis effectively predicts the optimum tilt angle of the RX coil and the PTE for the various cases.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1. مقدمه
2. تحلیل کارایی سیم پیچ WPT همراه با انحراف
3. نتایج شبیه سازی و آزمایشی
4. جمع بندی
منابع
Abstract
I. INTRODUCTION
II. EFFICIENCY ANALYSIS OF THE WPT TILTED COIL
III. SIMULATED AND EXPERIMENTAL RESULTS
IV. CONCLUSION
REFERENCES
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه