الکترومغناطیس کاربردی

الکترومغناطیس کاربردی

بهبود سیستم انتقال بدون‌سیم توان دینامیک با استفاده از روش شارژ CP-CV بدون نیاز به ارتباط بی‌سیم داده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، دانشگاه جامع امام حسین، تهران، ایران
2 دانشیار، دانشگاه جامع امام حسین، تهران، ایران
3 استادیار، دانشگاه افسری و تربیت پاسداری امام حسین(ع)، تهران، ایران
چکیده
هدف این مقاله، طراحی و ساخت سامانه شارژ بدون‌سیم به روش القایی برای شارژ شناورهای زیرسطحی است؛ سامانه‌ای که با تغییر فاصله و زاویه سیم‌پیچ‌ها، ولتاژ و جریان خروجی را ثابت و قابل کنترل نگه می‌دارد. ساختار جبران‌ساز S-S در این سیستم به‌منظور کاهش مصرف توان غیرحقیقی به‌کار رفته است. در این ساختار، با تغییر اندوکتانس متقابل، ضریب توان‌ ثابت می‌ماند اما اندازه جریان خروجی تغییر می‌کند. از آن‌جا که این سامانه در محیط آب استفاده می‌گردد، انتقال بی‌سیم داده برای بازخورد جریان یا ولتاژ بین سیم‌پیچ اولیه و ثانویه بسیار پرهزینه خواهد بود. بنابراین، به‌منظور حذف نیاز به انتقال بی‌سیم داده، در سمت سیم‌پیچ ثانویه از مبدل DC-DCبرای کنترل ولتاژ، جریان و ثابت نگه‌داشتن توان خروجی سامانه استفاده شده‌است. در این سامانه‌ها از روش شارژ جریان‌ثابت-ولتاژ‌ثابت استفاده می‌کنند اما در این مقاله از روش شارژ توان‌ثابت-ولتاژثابت استفاده شده‌است که مدت زمان شارژ را کاهش و عمر باتری را افزایش می‌دهد. در شبیه‌سازی سامانه، تأثیر تغییر عرض پالس مبدل DC-DC بر ضریب توان ورودی بررسی، و مشخص گردید که با محدود کردن عرض پالس اینورتر در بازه ۰ تا ۵۰ درصد، این تأثیر به حداقل می‌رسد. نتایج آزمایش سامانه ساخته‌شده نشان داد که با تغییر فاصله و زاویه سیم‌پیچ‌ها در بازه ۱ تا ۱۳ سانتی‌متر در هر یک از محورهای x، y و z و یا با تغییر زاویه سیم‌پیچ‌ها از 0 تا 45 درجه، ولتاژ و جریان خروجی سامانه کاملاً پایدار می‌ماند. برای تعیین محدوده مجاز تغییرات زاویه و فاصله سیم‌پیچ‌ها، در صورت در نظر گرفتن حداقل بازده کلی سامانه برابر با ۵۰ درصد، حداکثر فاصله مجاز در محور x (محور عمود بر سیم‌پیچ‌ها) برابر با ۷ سانتی‌متر، و در محورهای y و z برابر با ۱۱ سانتی‌متر و حداکثر زاویه مجاز ۲۲ درجه است. با استفاده از آزمایش‌های عملی نتایج مورد تأیید قرار گرفته است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Enhancement of Dynamic Wireless Power Transfer System Using the CP-CV Charging Method Without the Need for Wireless Data Communication

نویسندگان English

mohammad khazaei 1
reza haghmaram 2
hossein mollaie 1
abolfazl nasiri 3
1 PhD Student, Imam Hossein University, Tehran, Iran
2 Associate Professor, Imam Hossein University, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Imam Hossein (AS) Officer and Guard Training University Tehran, Iran
چکیده English

The aim of this study is to design and implement an inductive wireless charging system for underwater autonomous vehicles, capable of maintaining stable and controllable output voltage and current despite variations in the distance and angle between coils. The system utilizes an S-S compensation structure to minimize reactive power consumption. In this configuration, changes in mutual inductance do not affect the power factor, although they alter the output current magnitude. Since the system operates underwater, wireless data transmission for feedback of current or voltage between the primary and secondary coils would be overly costly. Therefore, to eliminate the need for wireless data communication, a secondary-side DC-DC converter is employed to control voltage, current, and maintain constant output power. Additionally, to reduce battery charging time, a constant-power constant-voltage (CP-CV) charging method is adopted. In system simulations, the effect of DC-DC converter pulse width variation on input power factor was analyzed, revealing that by limiting the inverter pulse width to a 0–50% range, its impact is minimized. Experimental results demonstrate that, with coil distance and angle variations from 1 to 13 cm along the x, y, and z axes, and coil angle variations from 0 to 45 degrees, the system’s output voltage and current remain completely stable. To establish the permissible range for coil displacement and misalignment, if minimum system efficiency is set at 50%, the maximum allowable distance is 7 cm along the x-axis (perpendicular to the coils), 11 cm along the y and z axes, and the maximum allowable angle is 22 degrees. These findings are confirmed through practical experiments.

کلیدواژه‌ها English

Dynamic Wireless Power Transfer
S-S Compensation Structure
CP-CV Charging Method

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 01 اسفند 1404

  • تاریخ دریافت 12 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 31 شهریور 1404
  • تاریخ پذیرش 25 مهر 1404
  • تاریخ انتشار 01 اسفند 1404