Elektrikli araçlar için kablosuz güç transfer sargılarının tasarlanması ve analiz edilmesi
Design and analysis of wireless power transfer windings for electric vehicles
Yazar: YASİN AKÜN
Danışman: DOÇ. DR. ABDÜLSAMED TABAK
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Enerji aktarımı = Energy transfer ; Güç aktarımı = Power transfer ; Kablosuz sistemler = Wireless systems ; Kuplaj = Coupling

Özet:
Sürdürülebilir bir ulaşım yöntemi olan elektrikli araçlara olan ilgi gün geçtikçe artmaktadır ve kullanımları yaygınlaşmaktadır. Bu yaygınlaşma araçların zahmetli kablolu şarj istasyonlarında pratikliğe gidilerek fiziksel bağlantı olmadan, kablosuz şarj edebilmeye olan ilgiyi de artırmıştır. Bu durum kablosuz şarj istasyonlarına yönelik çalışma ihtiyacına sebep olmuştur. Kablosuz güç aktarımı birincil taraf ve ikincil taraf olmak üzere iki kısımdan oluşur. Bunlardan birincil kısım sistemin elektrik beslemesinden başlayıp zeminde bulunan sargılara kadar olan kısımdır. İkincil kısım ise aracın altındaki sargılardan başlayarak yükün olduğu kısmı kapsar. Güç aktarımı zeminde bulunan birincil sargı ve aracın altında bulunan ikincil sargı arasındaki elektromanyetik alan sayesinde gerçekleşir. Bu çalışmada 7,3 kW gücünde sistemin birincil ve ikincil sargıları Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) tabanlı Ansys Electronics programına ait olan Maxwell 3D aracı kullanılarak tasarlanmıştır. Tez kapsamında sargıların iç uzunluklarındaki değişimin güç aktarımında verimi etkileyen faktörlerden birisi olan kuplaj katsayısına etkisi analiz edilmiştir. Sabit tur sayısında sargıların iç uzunluğunu değiştirerek kuplaj katsayısındaki değişimler analiz edilmiştir. Ayrıca sargıların iç uzunluklarının artıp kablo uzunluğu sabit kaldığı durumdaki tur sayılarıyla tasarımlar oluşturularak kuplaj katsayısındaki değişim incelenmiştir. Ek olarak sargı topolojilerindeki değişim, birincil ve ikincil sargılar arasındaki mesafe değişiminin kuplaj katsayısına etkisi analiz edilmiştir. Sonuçlara göre sabit tur sayısında sargıların iç uzunluklarının artması kuplaj katsayısının artmasını sağlamıştır.

Abstract:
The interest in electric vehicles, which are a sustainable transportation method, is increasing day by day and their use is becoming widespread. This widespread use has also increased the interest in wireless charging without a physical connection, by going to practicality in difficult wired charging stations of vehicles. This situation has caused the need for work on wireless charging stations. Wireless power transfer consists of two parts, the primary side and the secondary side. The primary part of these is the part starting from the electrical supply of the system to the windings on the ground. The secondary part covers the part where the load is, starting from the windings under the vehicle. Power transfer occurs thanks to the electromagnetic field between the primary winding on the ground and the secondary winding under the vehicle. In this study, the primary and secondary windings of the 7.3 kW system were designed using the Maxwell 3D tool belonging to the Finite Element Method (FEM) based Ansys Electronics program. Within the scope of the thesis, the effect of the change in the internal length of the windings on the coupling coefficient, which is one of the factors affecting the efficiency in power transfer, was analyzed. The changes in the coupling coefficient were analyzed by changing the internal length of the windings at a fixed number of turns. In addition, the changes in the coupling coefficient were examined by creating designs with the number of turns in the case where the internal length of the windings increased and the cable length remained constant. In addition, the effects of the changes in winding topologies and the distance between the primary and secondary windings on the coupling coefficient were analyzed. According to the results, the increase in the internal length of the windings at a fixed number of turns provided an increase in the coupling coefficient.