التحكم في PI مزدوج الحلقة لنظام شحن كهربائي لاسلكي ديناميكي مع مرسلين مزدوجين باستخدام نمذجة ثلاثية الأبعاد لملفات DD

ملخص

يقدم هذا العمل نظام نقل طاقة لاسلكي ديناميكي قائم على المحاكاة باستخدام هيكل ملف مزدوج الأبعاد (DD) في طوبولوجيا جهاز إرسال مزدوج (DTSR) واستراتيجية تحكم مزدوجة الحلقة النسبية والتكاملية (PI)، مما يوضح تنظيم الجهد والقدرة تحت تغير الترابط، وتأثيرات عدم المحاذاة، وفجوة هوائية بمقدار 150 مم.

الملخص

نقل الطاقة اللاسلكي الديناميكي (DWPT) هو تقنية ناشئة لتزويد المركبات الكهربائية بالطاقة أثناء الحركة؛ ومع ذلك، يتأثر أدائه بشكل كبير بتغيرات الاقتران، وعدم محاذاة الملفات، وتقلبات الأحمال. لمعالجة هذه التحديات، تقدم هذه الدراسة بروتوكولا قائما على المحاكاة يدمج النمذجة الكهرومغناطيسية، والمحاكاة المشتركة على مستوى الدائرة، والتقييم المنسق للتحكم لنظام DWPT ذو الإرسال المزدوج (DTSR). تبدأ المنهجية بنمذجة كهرومغناطيسية ثلاثية الأبعاد لتكوين ملف مزدوج الأبعاد (DD) باستخدام محلل العناصر المحدودة لتوصيف التغيرات الذاتية والحث المتبادل تحت ظروف عدم المحاذاة. ثم تدمج هذه المعلمات في نموذج دائرة رنين لتحسين أداء نقل الطاقة. يتم تنفيذ نظام DTSR الكامل لاحقا في بيئة محاكاة على مستوى النظام، حيث يتم تطبيق استراتيجية تحكم ثنائية الحلقة نسبية–تكاملية (PI) لتنظيم جهد الخرج والقدرة تحت ظروف اقتران متغيرة زمنيا. تظهر النتائج استقرارا في توصيل الطاقة وأداء تنظيم فعال عبر سيناريوهات التشغيل الديناميكية، بما في ذلك فجوة هوائية ثابتة تبلغ 150 مم وظروف انحراف محاذاة متغيرة. يتيح الإطار المقترح التقييم المنهجي لديناميكيات النظام، واستجابة التحكم، واستقرار الطاقة. يوفر هذا البروتوكول سير عمل منظم وقابل للتكرار لتحليل والتحقق من صحة أنظمة DWPT المبنية على DTSR، ويدعم تطوير استراتيجيات تحكم قوية لتطبيقات الشحن الديناميكي للسيارات الكهربائية.

المقدمة

برزت المركبات الكهربائية كبديل تنافسي للنقل بسبب مزاياها في الصداقة البيئية، والعزلة، والسلامة ^1,2. ومع ذلك، تواجه السيارات الكهربائية عدة قيود، أبرزها محدودية استقلالية البطارية، مما يؤدي إلى مدى قيادة محدود، وتكلفة عالية، وأوقات شحن طويلة ^3.4. تعتبر تقنية نقل الطاقة اللاسلكية (WPT) عاملا رئيسيا لتجاوز هذه القيود من خلال توفير إمداد طاقة مريح ومستمر. يمكن تصنيف هذه التقنية إلى مجموعتين: الشحن الساكن، حيث تكون السيارة ثابتة فوق الشاحن، ونقل الطاقة اللاسلكي الديناميكي (DWPT)، الذي يتيح نقل الطاقة أثناء حركة المركبات الك....

البروتوكول

الأدوات البحثية المستخدمة مدرجة في جدول المواد.

1. 3D نمذجة العناصر المحدودة لملفات DD

تم تنفيذ النمذجة الكهرومغناطيسية وتحسين ملفات DD للإرسال والمستقبل باستخدام محلل كهرومغناطيسي ثلاثي الأبعاد ذو العناصر المحدودة. تم تحسين أبعاد ملف الإرسال من خلال الطول والعرض الواسع، بينما تم الحفاظ على أبعاد ملف المستقبل والمسافة بين الملفات ثابتة. تم قياس الاقتران المغناطيسي بين الجانبين، وتمثيله الرياضي يعطى^{برقم 31}:

النتائج

مسح تحسين الملف
تم تحديد أبعاد ملفات DD الأولية والثانوية بناء على إجراء المسح البرامتري الموضح في البروتوكول. أشار الاقتران المغناطيسي المقاس بين الجانبين أثناء مسح أبعاد الملف الأولي إلى أن معامل الاقتران الأقصى تم تحقيقه عند طول المرسل 500 مم وعرض 370 مم، بقيم 0.349204 و0.337464 على التوالي، كما هو موضح في الشكل 11. استنادا إلى هذه النتائج، تم تحديد الأبعاد والمواصفات المثلى لملفات DD للمرسل والمستقبل.

المناقشة

الفجوة البحثية الرئيسية التي تم تناولها في هذا العمل تتعلق باستقرار الديناميكا المحدودة ودقة التنظيم في أنظمة DWPT التقليدية ذات الحلقة الواحدة أو غير المسيطر عليها، خاصة تحت تغيرات الأحمال وتقلبات الاقتران الناتجة عن حركة المركبة، كما تم تسليط الضوء عليها في الدراسات السابقة حول أنظمة الشحن اللاسلكي الديناميكي ^7,8. أظهرت النتائج أن بنية التحكم PI ذات الحلقة المزدوجة المقترحة لتكوين DTSR عالجت هذا القيد مباشرة من خلال تحسين التخم.......

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
ANSYS إلكترونيات سطح المكتب (ماكسويل ثلاثي الأبعاد)	أنسيس، إنك. ماكسويل  (الإصدار 2018)	لا يوجد	منصة كهرومغناطيسية متكاملة تستضيف ANSYS Maxwell  يستخدم في النمذجة الكهرومغناطيسية ذات العناصر المحدودة لملفات DWPT
سطح مكتب ANSYS للإلكترونيات (Simplorer)	شركة أنسيس، إنك. سيمبلور  (الإصدار 2018)	لا يوجد	محاكي على مستوى الدائرة التجارية يستخدم لتنفيذ نموذج DWPT الرنين
ماتلاب/سيمولينك	شركة MathWorks, Inc. (الإصدار R2023b)	لا يوجد	تصميم وبيئة المحاكاة المستخدمة في تنفيذ وحدة التحكم والمحاكاة الديناميكية للنظام