تحليل ومقارنة طوبولوجيات التعويض الرنيني في أنظمة نقل الطاقة اللاسلكية ذات الملفات المستطيلة المسطحة

الملخص

يُعد نقل الطاقة لاسلكيًا (WPT) القائم على الاقتران المغناطيسي الرنيني تقنية واعدة لشحن المركبات الكهربائية (EVs). تقدم هذه الورقة دراسة تحليلية ومقارنة لأربع طوبولوجيات أساسية للتعويض، وهي: التوالي–التوالي (SS)، والتوالي–التوازي (SP)، والتوازي–التوالي (PS)، والتوازي–التوازي (PP)، باستخدام ملفات مستوية مستطيلة للمرسل والمستقبل. وقد تم اختيار الهندسة المستطيلة لملاءمتها لشواحن المركبات الكهربائية المثبتة على الأرض وكفاءتها في استغلال مساحة التركيب. وعلى خلاف الدراسات السابقة التي ركزت بصورة رئيسية على الملفات الدائرية أو عدد محدود من طوبولوجيات التعويض، تقدم هذه الدراسة مقارنة موحدة للطوبولوجيات الأربع تحت ظروف تشغيل متماثلة. أُجريت محاكاة باستخدام MATLAB لتقييم تأثير مسافة الفجوة الهوائية في الاقتران المغناطيسي والقدرة المنقولة وكفاءة النظام. انخفض معامل الاقتران من 0.4259 عند مسافة 100 mm إلى 0.3337 عند 200 mm، بينما انخفضت المحاثة المتبادلة من 5.568 µH إلى 4.365 µH. عند 100 mm، حققت طوبولوجيا SP أعلى قدرة حمل بلغت 14.64 W، في حين سجلت طوبولوجيا PS أدنى قدرة بلغت 4.26 W. كما حققت طوبولوجيا PP أعلى كفاءة بلغت نحو 63%، بينما انخفضت كفاءة طوبولوجيا SS إلى أقل من 40%. وتشير هذه النتائج إلى أن طوبولوجيتي SP وPP تمثلان خيارين واعدين لأنظمة نقل الطاقة لاسلكيًا ذات الاقتران المتوسط، ولا سيما في تطبيقات الشحن اللاسلكي للمركبات الكهربائية.