18631

2074 دكتري

دكتري

قدرت

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1402

پنج، 124ص. : مصور، جدول، نمودار

1402/04/17

كتابنامه

مهندسي برق

مهندسي برق و كامپيوتر

1402/04/17

2943225

با فراگير شدن استفاده از تجهيزات الكترونيكي قابل حمل و پيشرفت‌هاي اخير در گسترش فناوري خودروهاي الكتريكي، سيستم‌هاي انتقال توان بي‌سيم براي شارژ باتري‌هاي اين تجهيزات، در سال‌هاي اخير در كانون توجه پژوهشگران قرارگرفته است. انتقال توان بي‌سيم رزونانسي با لينك القايي در سطوح فركانسي كيلوهرتز تا مگاهرتز ، به عنوان يكي از راه‌كارهاي عملي، پياده‌سازي و مورد استفاده قرار گرفته است. بازده انتقال توان در اين روش، نسبت به تغييرات فاصله و ميزان عدم همراستايي محور سيم‌پيچ‌ها در لينك القايي حساس است. اين تغييرات در اثر نامعيني‌هاي سيستمي (مثلا تغيير فاصله سيم‌پيچ‌ها در اثر رشد بافت چربي در افزاره‌هاي كاشتني پزشكي)، يا توسط كاربر (مثلا در نحوه پارك خودرو) ايجاد مي‌شوند كه براي جبران آن، از مدارهاي كنترل در سمت فرستنده يا گيرنده استفاده مي‌شود. روش‌هاي موجود مبتني بر فرض ضريب كيفيت بار بزرگ است كه اين فرض لزوما در افزاره‌هاي توان پايين (ميلي وات) با توپولوژي‌هاي سري-موازي محقق نمي‌شود. از طرف ديگر، در روش‌هاي موجود، غالبا امپدانس ورودي طبقه يكسوساز ديودي به صورت مقاومت خالص در نظر گرفته مي‌شود، كه در فركانس بالا (مگاهرتز) لزوما صحيح نيست. اين رساله با هدف تحقق شرايط بازده بيشينه در سيستم‌هاي انتقال توان بي‌سيم با لينك القايي كم توان و فركانس بالا، با ملاحظات ضريب كيفيت بار و در نظر گرفتن مولفه‌هاي امپدانسي طبقه يكسوساز، به ارائه روش تحليل، طراحي و كنترل توان بيشينه يك سيستم انتقال توان بي‌سيم از طريق تنظيم مدار گيرنده مي‌پردازد. در الگوريتم پيشنهادي، روشي براي وارد كردن اثر بخش موهومي امپدانس ورودي يكسوساز ديودي در فركانس‌هاي بالا، با در نظر گرفتن ضريب كيفيت بار در تحليل مداري ارائه مي‌شود كه با تنظيم پارامترها در سمت گيرنده موجب حذف لينك تبادل داده بين دو سمت فرستنده و گيرنده مي‌شود. اين موضوع موجب كاهش پيچيدگي‌هاي طراحي لينك‌هاي دوگانه انتقال توان و تبادل داده به منظور كنترل همزمان گيرنده و فرستنده مي‌شود. به منظور اعتبارسنجي و بررسي صحت تحليل‌هاي مداري و الگوريتم‌هاي عددي ارائه شده در روش پيشنهادي، يك نمونه آزمايشگاهي از سيستم انتقال توان بي‌سيم ساخته شده و آزمون‌هاي عملي در فركانس استاندارد صنعتي-علمي-پزشكي (6/78 مگاهرتز) انجام شده‌اند كه نتايج نشان دهنده بهبود بازده انتقال توان نسبت به روش‌هاي مرسوم است. ميزان بهبود بازده در روش پيشنهادي متغير بوده به نحوي كه هرچه فاصله سيم‌پيچ‌ها از يكديگر كاهش مي‌يابد، اثر اين بهبود بيشتر مي‌شود. در بخش پاياني رساله، روش كنترل حلقه بسته‌اي مبتني بر الگوريتم پيمايش تپه براي رديابي نقطه انتقال توان بيشينه ارائه شده است و كارايي آن از طريق شبيه‌سازي و با تغيير فاصله سيم‌پيچ‌ها، ناهمراستايي محور آن‌ها و اعوجاج ناشي از تغييرات بار مصرفي مورد ارزيابي قرارگرفته است. روش پيشنهادي مناسب سيستم‌هاي انتقال كم توان در فركانس بالا است. دستاوردهاي اين پژوهش در ادامه كار، راهگشاي مباني تئوري و مراحل عملي لازم براي پياده‌سازي يك مدار كنترل مبتني بر فناوري ميكروالكترونيك براي ساخت مدارهاي مجتمع در سمت گيرنده است كه در نهايت مي‌تواند بازده سيستم انتقال توان بي سيم فركانس بالا را نسبت به روش‌هاي مرسوم بهبود دهد.

This dissertation presents the method of analysis, design and control of the maximum power of a power transmission system in a wireless power transmission system with low power and high frequency inductive link, considering the load quality factor and taking into account the impedance components of the rectifier stage. The proposed algorithm considers the input impedance of the diode rectifier at high frequencies, and the load quality factor in the circuit analysis. The proposed method adjusts the parameters on the receiver side, hence it eliminates the data exchange link between the two sides of the transmitter and the receiver. This method reduces the complications of designing dual links for power transmission and data exchange in order to simultaneously control the receiver and transmitter. In order to validate and check the correctness of the circuit analysis and numerical algorithms presented in the proposed method, a prototype of the wireless power transmission system is implemented and practical tests are performed at the standard industrial-scientific-medical frequency (6.78 MHz). The test results show that amount of efficiency improvement in the proposed method varies such that as the distance between the coils decreases, the effect of this improvement increases. The proposed method is useful for low power transmission systems at high frequency. The achievements of this research provide the analytical and practical steps to implement a control circuit based on microelectronic technology for the developing of integrated circuits on the receiver side, which can ultimately increase the efficiency of the high frequency wireless power transmission system.

احمدرضا تابش , نسرين رضايي حسين آبادي

علي خواجه الدين

حميدرضا كارشناس , حسين فرزانه فرد