ผลกระทบทางความถี่ที่มีต่อสมรรถนะการส่งกำลังไฟฟ้าไร้สาย

Abstract

บทคัดย่อ

การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของความถี่ที่มีต่อสมรรถนะการส่งกำลังไฟฟ้าไร้สาย ได้ทำการวิเคราะห์วงจรสมมูลทางไฟฟ้า หาสมการกำลังไฟฟ้าขาออก ประสิทธิภาพ และอิมพีแดนซ์ ออกแบบวงจรส่งกำลังไฟฟ้าไร้สายโดยใช้วงจรคอนเวอร์เตอร์แบบเต็มคลื่น ความถี่ใช้งานระดับ kHz ทดสอบส่งกำลังไฟฟ้าไร้สายกรณีความถี่รีโซแนนซ์คงที่ 160 kHz และปรับค่าความถี่รีโซแนนซ์ตามระยะห่างระหว่างตัวนำ จ่ายกำลังงานให้กับโหลดขนาด 0.54 kΩ (60W) ใช้แรงดันอินพุทกระแสตรง 20 V ระยะห่างระหว่างขดตัวนำ 0–30 cm ผลการศึกษาพบว่าความเหนี่ยวนำร่วมเปลี่ยนแปลงตามระยะห่างขดตัวนำ การชดเชยผลการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวทำได้โดยการปรับค่าความถี่ มีผลทำให้กำลังไฟฟ้าขาออกและประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นโดยมีปรากฏการณ์ที่ต้องพิจารณาคือ Frequency Splitting จากผลการทดสอบพบว่าการปรับค่าความถี่ตามระยะห่างทำให้กำลังไฟฟ้าขาออกเพิ่มขึ้นสูงสุด 20.77% และประสิทธิภาพมีค่าเพิ่มขึ้น 28.38% ที่ระยะห่าง 7 cm เมื่อเทียบกับผลการทดสอบใช้ค่าความถี่คงที่

คำสำคัญ: ความถี่รีโซแนนซ์ ความเหนี่ยวนำร่วม อิมพีแดนซ์ กำลังไฟฟ้าขาออก ประสิทธิภาพ

Abstract

The objective of this work was to study effect of frequency on the performance of wireless power transfer. An electrical equivalence circuit was analyzed to find the equations for efficiency, output power, and impedance. The wireless power transfer circuit was designed driven by a full-bridge converter using an operating frequency in the kHz range, testing transfer power when the constant resonance frequency was 160 kHz and adjusting resonance frequency based on the distance between resonators, to the 0.54 kΩ (60W) load using input voltage of 20 Vdc for 0-30 cm distance between resonators . The study’s results showed that the mutual inductance changed due to changes in the distance between coils. Frequency tuning was performed in order to compensate for the changes of the mutual inductance and as a result power output and efficiency increased . Furthermore, the frequency splitting phenomenon should be considered. According to the testing results for the frequency tuning, output power and efficiency increased by 20.77% and 28.38% at 7 cm of distance compared with the testing results for constant frequency.

Keywords: Resonance Frequency, Mutual Inductance, Impedance, Output Power, Efficiency