Kablosuz güç transferinin modellenmesi, benzetimi ve analizi
Modeling, simulation and analysis of wireless power transfer
Yazar: MEHMET ÇİÇEK
Danışman: DOÇ. DR. SELAMİ BALCI ; DOÇ. DR. KADİR SABANCI
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Benzetim = Simulation ; Duyarlılık analizi = Sensitivity analysis ; Kablosuz sistemler = Wireless systems ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method

Özet:
Son yıllarda bilim insanlarının ilgisini çeken Kablosuz Güç Sistemi (KGT), kablosuz batarya şarjından çok daha büyük potansiyelleri içinde barındırmaktır. Bilim dünyasında yeniden bir araştırma alanına dönüşen KGT sistemleri, aynı zamanda endüstrinin gelişimi ile birlikte yaygınlaşmaya başlayan insansız fabrikalarda çalışan otonom araçların batarya değişimi ve şarj süresi gibi sorunlarının da ortadan kalkmasına imkân verebilecektir. Bu tezde tartışılan tasarım yöntemi ile daha verimli KGT sistemleri üretilebilecektir. Tasarımın hesaplama aşamasından benzetim çalışmalarının sonuna kadar farklı parametrik değerler kullanılarak verimi artırmak amaçlanmıştır. KGT sistemi için Ansys Electronics/Maxwell yazılımı kullanılarak Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) tabanlı üç boyutlu (3B) bobin tasarımı ve farklı mesafe aralıkları ile parametrik analizler yapılmıştır. Daha sonra tasarlanan bobin Ansys Electronics/Simplorer yazılımı ile bağ kurularak eşanlı olarak parametrik değerler ile analiz edilmiştir. Böylece, parametrik benzetim çalışmaları sonucunda bir KGT sistemi tasarımının istenilen çalışma frekansı değeri için fiziksel olarak uygulanabilecek tasarım ve normalize edilmiş güç elektroniği elemanları ile en verimli hali önerilmektedir. Benzetim çalışmaları sonucunda bobinler arasındaki mesafe 200 mm iken yaklaşık %74,31'lik bir verimle güç aktarımı gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, güç elektroniği devre parametreleri ve elektromanyetik modelleme parametreleri değiştirilerek yapılan eşanlı benzetim çalışmaları sayesinde KGT tasarımları için son derecede yararlı bilgiler sunulmaktadır.

Abstract:
The Wireless Power System (WPT), which has recently attracted scientists' interest, has much greater potential than wireless battery charging. WPT systems, which have resurfaced as a research field in the scientific world, would also eliminate issues like battery replacement and charging time for autonomous vehicles working in unmanned factories, which have become common with the development of the industry. More efficient WPT systems can be produced by using the design method discussed in this thesis. It aims to improve efficiency by utilising various parametric values from the design computation stage through the conclusion of simulation studies. Finite Element Method (FEM) based Ansys Electronics/Maxwell software is used for the WPT system to create a three-dimensional (3D) coil design and parametric analysis with different distance values. Then, the designed coil is bound with Ansys Electronics/Simplorer software and analyzed simultaneously with parametric values. Thus, as a result of parametric simulation studies, the most efficient version of a WPT system structure is proposed with the design and normalized power electronics elements that can be physically applied for the chosen operating frequency value. As a result of the simulation studies, power transmission is realized with an efficiency of approximately 74.31% while the distance between the coils was 200 mm. Furthermore, extremely useful information for WPT designs is provided thanks to co-simulation studies by changing power electronics circuit parameters and electromagnetic modelling parameters.