Kablosuz Enerji İletimi

Abstract

Kablosuz enerji iletimi yöntemleri temelde İndüktif Enerji İletimi (Inductive Power Transfer- IPT) ve Mikrodalga Enerji İletimi (Microwave Power Transfer- MPT) olmak üzere ikiye ayrılmıştır. Her iki yöntemin de birbirine göre üstün yönleri olmakla birlikte son dönemde araştırmacılar genellikle IPT üzerine yoğunlaşmıştır. Yöntemin temeli elektrik akımı-manyetizma kavramına dayanmaktadır. Bu yöntemde enerjinin temassız olarak güç kaynağından yüke aktarılması birincil ve ikincil yan sargıları birbirinden ayrılmış transformatör aracılığı ile sağlanır. Geleneksel transformatör yapısına aykırı olan bu uygulama zayıf kuplaj mantığı olarak adlandırılır.Kablosuz İndüktif Enerji İletimi fikrinin önündeki en büyük sorun sistem veriminin yüksek seviyelerde enerjinin uzak mesafelere iletimi için yeterli olmamasıdır. Verimin büyük oranda azalmasına neden olan zayıf kuplaj, mantıksız görünmekle birlikte kaynak ile yük arasındaki fiziki bağlantının kaldırılmasını sağlayan unsurdur.Sistem verimini geliştirme yönünde atılan en büyük adım 2007 yılında MIT'li bir grup bilim adamının oluşturduğu WiTricity (Wireless Electricity ? Kablosuz Elektrik) konsepti ile atılmıştır. M. Soljacic ve arkadaşları rezonans ilkesi üzerinde kurulmuş güçlü rezonans kuplajı mantığında çalışan IPT devresi ile enerjiyi yaklaşık 2m. mesafede % 40 üzerinde bir verimle aktarmayı başarmıştır. Elde edilen bu başarı ilgiyi ?rezonans kuplajı? kavramına çekmiş ve bundan sonraki IPT uygulamalarının birçoğuna örnek teşkil etmiştir.IPT devreleri üzerinde yapılan çalışmalar devre verimi üzerinde etkili iki temel unsur belirlemiştir. Bunlardan birincisi ve daha önemlisi, sistemin her iki yanındaki devre parçaları (transformatör sargıları) arasında oluşan manyetik kuplaj etkisi, ikincisi ise sargıların kalite katsayısıdır. Bu iki unsur bir arada düşünüldüğünde, IPT sisteminin temel öğesinin kaynak kısmındaki verici ve yük kısmındaki alıcı devrelerde kullanılan iletken sargılar (bobinler) olduğunu göstermektedir.Bu çalışmada bobin parametrelerinin belirlenmesi için kullanılabilecek yöntemler üzerinde durulacak, bobin parametrelerinin sistem verimi üzerindeki etkileri araştırılacaktır. IPT sistemi tasarlanırken bobin empedansının saf indüktif olarak düşünüldüğü durum ile empedans hesaplanırken bobin üzerinden akan alternatif akımın oluşturduğu kayıp dirençlerin ve kaçak sığanın hesaba katıldığı durum arasındaki fark incelenecektir. Elde edilen veriler ışığında belirli bir yük için belirli bir mesafede gerçekleştirilecek kablosuz enerji iletimi verimini maksimum yapacak öğe parametrelerinin belirlenebilmesi için bir bilgisayar programı oluşturulacaktır.

The methods of wireless energy transfer are divided into two as Inductive Power Transfer- IPT and Microwave Power Transfer- MPT. Both methods are superior, however the researchers deal with IPT more. The method is based on the concept of electric current- magnetism. In this method the transmission of energy from the power source to load is provided by the transformer of which primary and secondary side coil are separated. This application which is contrary to the structure of the conventional transformer is named as ?poor coupling?.The biggest problem of wireless IPT idea is inadequacy of the system efficiency for energy transfer to long distances in high levels. The poor coupling, leading to decrease the efficiency substantially, doesn?t make much sense although it is the factor that provides removal of the physical link between the power plant and the load.The biggest stride that has been made to develop the system efficiency was made by a group of scientists from MIT by WiTricity (Wireless Electricity) concept. M. Soljacic and his friends succeeded to transfer the energy with exceeding 40% output in the distance of 2 metres by using an IPT circuit which is based on the rule of resonance and working as a concept of a strong resonance coupling. This success drew the attention to the concept of ?resonance coupling? and set a good example for most of the upcoming IPT applications.The studies that have been done on IPT circuits have specified 2 basic factors which are effective on the system efficiency. The first and more important one of them is the magnetic coupling effect that is occurred on both sides of the system between the circuit compenents (transformer coils), the other one is the quality factor of the coils. When these two factors are evaluated together it is seen that the basic element of IPT system is the coil which is used in the transmitter circuit in the source side and the receiver circuit in the load side.For this research the methods that can be used for specifying the coil parameters are going to be taken into consideration and the effect of the coil parameters on the system efficiency is going to be researched. The difference between the situation that the coil impedance was evaluated as a poor inductive component while the IPT system was being designed and the situation which is taken into consideration while the impedance was being calculated that loss resisttivity and self capacity of coil are produced by effects of alternative current flowing over the coil, will be examined. In the sights of those data, a computer program is going to be evaluated to determine the electrical parameters of the component that are maximize the efficiency of the wireless energy transfer for a certain load and distance.