Elektrikli araçların kablosuz güç aktarım sistemi ile şarj edilmesi için kullanılan farklı transformatör modellerinin sonlu elemanlar yöntemi ile tasarımı ve analizi
Elektrikli araçların kablosuz güç aktarım sistemi ile şarj edilmesi için kullanılan farklı transformatör modellerinin sonlu elemanlar yöntemi ile tasarımı ve analizi
Yazar: Özüpak, Yıldırım
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 39 No. 2, 2022
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; KGA,Frekans,SEY,Verim

Kablosuz güç aktarım (KGA) sistemleri, kablolara veya açıkta kalan iletkenlere ihtiyaç duyulmadan gücün aktarılmasını sağlamaktadır. Birçok uygulama alanı için KGA avantajlı olmakla birlikte bazı durumlarda yeni uygulamaların gerçekleştirilmesine de olanak sağlamaktadır. Kablosuz güç aktarımı, elektrikli araçların, tıbbi cihazların, cep telefonlarının ve bilgisayarların şarj edilmesinde geniş uygulama alanı bulması nedeniyle gelişmekte olan bir teknolojidir. Ayrıca, KAG, dünya çapında teknolojik olarak gelişmiş geleceğin toplumlarında her noktada uygulama alanı bulmaya hazırdır. Bu nedenle, KGA alanındaki bilgi, modern güç elektroniği mühendisi için giderek daha önemli hale gelmektedir. Kablosuz güç aktarımını daha verimli ve kullanıcı dostu haline getirebilmek için KGA tasarımcıları için bu uygulamanın gerekliliklerinin iyi bilinmesi önem arz etmektedir. Bu uygulamaların önemli bir kısmı, kablosuz güç aktarım sisteminde yüksek frekanslı bir transformatörün uygun tasarımına dayanmaktadır. Yüksek frekanslı bu transformatör, gücün kablosuz aktarımı esnasında kayıpların en aza indirilmesi için endüktif yolla güç aktarım ilkesine göre tasarlanmaktadır. Bu çalışmada, elektrikli araçların kablosuz şarj sistemlerinde kullanılmak üzere yüksek frekanslı bir KGA sistemi transformatörünün tasarımı sunulmuştur. Bu tasarımda, verici ve alıcı bobinler arasındaki farklı hava aralıkları için bazı transformatör konfigürasyonları, kuplaj katsayısı ve ortak endüktansın gibi kablosuz güç aktarım parametrelerinin elde edilmesi için analiz edilmiştir. Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) tabanlı ANSYS-Maxwell-3D kullanılarak tasarımlar benzetim yoluyla analiz edilmiş ve sonuçlar elde edilmiştir. Ayrıca, bu çalışmada kablosuz güç aktarımı dairesel ve dikdörtgen tip transformatör tasarımlarının karşılaştırılması yapılmıştır. Bir deney düzeneği kurularak deneysel ve benzetim sonuçları da karşılaştırılmıştır.

Kablosuz güç aktarım (KGA) sistemleri, kablolara veya açıkta kalan iletkenlere ihtiyaç duyulmadan gücün aktarılmasını sağlamaktadır. Birçok uygulama alanı için KGA avantajlı olmakla birlikte bazı durumlarda yeni uygulamaların gerçekleştirilmesine de olanak sağlamaktadır. Kablosuz güç aktarımı, elektrikli araçların, tıbbi cihazların, cep telefonlarının ve bilgisayarların şarj edilmesinde geniş uygulama alanı bulması nedeniyle gelişmekte olan bir teknolojidir. Ayrıca, KAG, dünya çapında teknolojik olarak gelişmiş geleceğin toplumlarında her noktada uygulama alanı bulmaya hazırdır. Bu nedenle, KGA alanındaki bilgi, modern güç elektroniği mühendisi için giderek daha önemli hale gelmektedir. Kablosuz güç aktarımını daha verimli ve kullanıcı dostu haline getirebilmek için KGA tasarımcıları için bu uygulamanın gerekliliklerinin iyi bilinmesi önem arz etmektedir. Bu uygulamaların önemli bir kısmı, kablosuz güç aktarım sisteminde yüksek frekanslı bir transformatörün uygun tasarımına dayanmaktadır. Yüksek frekanslı bu transformatör, gücün kablosuz aktarımı esnasında kayıpların en aza indirilmesi için endüktif yolla güç aktarım ilkesine göre tasarlanmaktadır. Bu çalışmada, elektrikli araçların kablosuz şarj sistemlerinde kullanılmak üzere yüksek frekanslı bir KGA sistemi transformatörünün tasarımı sunulmuştur. Bu tasarımda, verici ve alıcı bobinler arasındaki farklı hava aralıkları için bazı transformatör konfigürasyonları, kuplaj katsayısı ve ortak endüktansın gibi kablosuz güç aktarım parametrelerinin elde edilmesi için analiz edilmiştir. Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) tabanlı ANSYS-Maxwell-3D kullanılarak tasarımlar benzetim yoluyla analiz edilmiş ve sonuçlar elde edilmiştir. Ayrıca, bu çalışmada kablosuz güç aktarımı dairesel ve dikdörtgen tip transformatör tasarımlarının karşılaştırılması yapılmıştır. Bir deney düzeneği kurularak deneysel ve benzetim sonuçları da karşılaştırılmıştır.