Yeni bir kapalı çevrim algoritmalı yüksek verimli kablosuz enerji transferi sistemi tasarımı ve uygulaması
Desi̇gn and i̇mplementati̇on of a hi̇gh effi̇ci̇ency wi̇reless power transfer system wi̇th a new closed loop algori̇thm
Yazar: ALİ AĞÇAL
Danışman: DOÇ. DR. KAMURAN NUR BEKİROĞLU ; YRD. DOÇ. SELİN ÖZÇIRA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu tezde; magnetik rezonanslı kuplaj yöntemi kullanılarak 10 cm hava aralığında çalışabilen kablosuz enerji aktarım sistemi geliştirilmiştir. Şebeke gerilimi doğrultulup filtrelendikten sonra yüksek frekanslı rezonans inverter ile enerji aktarımı sağlanmıştır. Rezonans sayesinde sıfır geçişlerde anahtarlama yapılarak yüksek frekansta oluşan anahtarlama kayıpları azaltılmış böylece inverter verimi arttırılmıştır. Society of Automative Engineers (SAE) tarafından 17 Mayıs 2016 tarihinde tanımlanmış olan J2954 standardına göre elektrikli araçların kablosuz olarak şarj edilmesi için frekans aralığı 81,39 kHz-90 kHz olarak belirlenmiştir. Çalışmada; bu bant aralığının içinde kalan 83 kHz rezonans frekansı için öncelikle boşta çalışmada güç aktarım devresinin kondansatör ve endüktans değerleri belirlenmiştir. Sistem yüklendiğinde rezonans frekansı değişeceğinden, maksimum gücün aktarılmasını sağlayan yeni rezonans frekansının tespit edilmesi gerektiğinden bu tezde; hava aralığı, yük değişimi ve devre parametrelerinin değişmesi gibi durumlarda maksimum gücün çekilmesini sağlayan frekans, geliştirilen algoritma ile otomatik olarak tespit edilmektedir. Maksimum gücün aktarıldığı çalışma noktası aynı zamanda sistemin en yüksek veriminin olduğu noktaya karşılık gelmektedir. Geliştirilen kablosuz enerji aktarım sisteminde, yaklaşık 10 cm hava aralığında, girişten çekilen 1,02 kW güç %89,12 verim ile çıkışa 0,909 kW güç olarak aktarılmaktadır.

Abstract:
In this study, a wireless power transfer system based on magnetically coupled resonance theory will be realized for 10 cm air gap. After network voltage is rectified and filtered, power will be transferred via high frequency resonance inverter topology that planned to be designed. By switching at zero crossing, switching losses that occur at high frequency will be reduced thus the inverter efficiency will increase. According to J2954 standard, which has been completed by the Society of Automotive Engineers (SAE), the frequency for charging unit of the electric vehicle is approximately in (81.39 kHz-90 kHz) frequency band. Therefore in this study, capacitor and inductor values are calculated for power transfer circuit at 83 kHz frequency at no load condition. AS resonance frequency will change when the system is loaded, new resonance frequency which will transfer maximum power has to be calculated. In this thesis; frequency which allows the transfer of maximum power is calculated automatically with the help of the algorithm developed under changinig conditions of air gap, load and circuit parameters. The operating point of maximum power transfer simultaneously corresponds to the highest point of efficiency of the system. In the wireless energy transfer system that has been developed, in around 10 cm of air gap, input power is 1.02kW, output power is 0.909 kW and efficiency is 89.12%.