Wireless power transmission for electric vehicle,...
-
Upload
bhugon1992 -
Category
Documents
-
view
155 -
download
7
description
Transcript of Wireless power transmission for electric vehicle,...
การสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟา Wireless Power Transmission for Electric Vehicle
โดย
ภทรธร เผาจนดา ภาณ มทธวรตน
ภธร สขวณช ราชการ สวจสวรรณ
ปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญาวศวกรรมศาสตรบณฑต
สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง
ปการศกษา 2556
WIRELESS POWER TRANSMISSION FOR ELECTRIC VEHICLE
PHATTHARATORN PAOJINDA PANU MATTHAWARAT BHUTORN SUKWANITCH RACHAKARN SUWAJASUWAN
THIS PROJECT SUBMITTED IN PARTIAL FULFILLMENT OF THE REQUIREMENT FOR THE BACHELOR DEGREE IN ELECTRICAL ENGINEERING
DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING FACULTY OF ENGINEERING KING MONGKUT’S INSTITUTE OF TECHNOLOGY LADKRABANG
2013
ปการศกษา 2556
การสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟา Wireless Power Transmission for Electric Vehicle
โดย
นายภทรธร เผาจนดา
นายภาณ มทธวรตน นายภธร สขวณช นายราชการ สวจสวรรณ
อาจารยทปรกษา
ผศ.ดร.สมยศ เกยรตวนชวไล รศ.ดร.อนวฒน จางวนชเลศ
i
การสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟา
นาย ภทรธร เผาจนดา นาย ภาณ มทธวรตน นาย ภธร สขวณช นาย ราชการ สวจสวรรณ ผศ.ดร.สมยศ เกยรตวนชวไล อาจารยทปรกษา รศ.ดร.อนวฒน จางวนชเลศ อาจารยทปรกษา ปการศกษา 2556
บทคดยอ
โครงงานนมชอวา การสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟา โดยใชหลกการเหนยวน าพนฐานของฟาราเดยและหลกการของวงจรเรโซแนนซ ตนแบบทพฒนานจะเปลยนรปแบบของพลงงานจากพลงงานไฟฟาเปนพลงงานแมเหลกและสงไปยงตวรบพลงงาน ซงจะเปลยนพลงงานแมเหลกกลบมาเปนพลงงานไฟฟาอกครงเพอชารจแบตเตอร เนองจากการสงก าลงไฟฟาผานอากาศนนไดถกน ามาใชกบตวตนแบบ ขอดทเกดขนคอ สามารถใชงานไดงายและสะดวกขน นอกจากนความปลอดภยและขดจ ากดในการแพรกระจายสญญาณรบกวนกไดถกพจารณาไวในการออกแบบดวย
ii
Wireless Power Transmission for Electric Vehicle
Mr.Pattharatorn Paojinda Mr.Panu Matthawarat Mr.Bhutorn Sukwanitch Mr.Rachakarn Suwajasuwan Asst.Prof.Somyot Kaitvanitvilai,Ph.D Supervisor Assoc.Prof.Anuwat Jangwanitlert,Ph.D Supervisor Year 2013
Abstract This thesis presents Wireless Power Transmission for Electric Vehicle by using a basic induction of Faraday and resonance circuit. The developed prototype converts the energy from electrical to magnetic energy and transfers to the receiver which converts the magnetic energy back to the electrical energy for charging battery. Since the wireless power transmission is applied to the developed prototype, the advantages of simple configuration and user friendly interface can be gained. In addition, safety and electromagnetic emission are considered in the proposed design.
iii
สารบญ หนา
บทคดยอ I Abstract II สารบญ III สารบญรป VI สารบญตาราง VIII กตตกรรมประกาศ IX บทท 1 บทน า 1 1.1 ความเปนมาและความส าคญของปญหา 1 1.2 วตถประสงคของการวจย 2 1.3 ขอบเขตและขอก าหนดของโครงงาน 2 1.4 ประโยชนทไดรบจากการวจย 3 1.5 แผนการด าเนนโครงงาน 3 บทท 2 ทฤษฎทเกยวของ 5 2.1 วงจรเรโซแนนซ 5 2.2 แรงดนกระแสสลบกบวงจรเรโซแนนซ 5 2.3 ความถเรโซแนนซ 7 2.4 ตวเหนยวน า 8 2.5 วงจรแมเหลกและความสญเสยในการสวชชง 13 2.6 วงจรเรยงกระแส 16 2.6.1 วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ 16 2.7 อนเวอรเตอร 18 2.7.1 วงจรฟลบรดจอนเวอรเตอร 18 2.8 วงจรสมมลของขดลวดตวสง และขดลวดตวรบ 19 บทท 3 การออกแบบและประกอบสราง 22 3.1 ภาพรวมของระบบการท างานการสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟา 22 3.2 การออกแบบการสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟา 23 3.2.1 แหลงจายพาวเวอรกระแสตรง 23 3.2.2 อนเวอรเตอรความถสง 23 3.2.2.1 เครองก าเนดสญญาณ 23 3.2.2.2 วงจรสวตชง 24 3.2.3 ขดลวดตวสงและขดลวดตวรบ 24
iv
สารบญ (ตอ) หนา 3.2.4 วงจรเรยงกระแส 26 บทท 4 การทดลองและผลการทดลอง 27 4.1 อปกรณและเครองมอวดทางไฟฟา 27
4.2 ขนตอนล าดบการทดลอง 27 4.3 การทดลองและผลการทดลอง 29
4.3.1 การทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสสลบ ทระยะหางแกน z 38 4 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
4.3.2 การทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 39 4 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม 4.3.3 การทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 40 5 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม 4.3.4 การทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 41 6 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม 4.3.5 การทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 42 7 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม 4.3.6 การทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 43 8 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม 4.3.7 การทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 44 9 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
4.3.8 การทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 45 10 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
4.3.9 การทดลองทระยะหางของขดลวดทง 2 ทหางกนในแกน z 4 เซนตเมตร 46 และ เลอนไปตามแกน x ทระยะหางตางๆกน ดคาประสทธภาพทเกดขน โดยใหก าลงไฟฟาขาเขาคงทเทากบ 139.38 วตต
4.3.10 การทดลองทระยะหางของขดลวดทง 2 ทหางกนในแกน z 6 เซนตเมตร 47 และ เลอนไปตามแกน x ทระยะหางตางๆกน ดคาประสทธภาพทเกดขน โดยใหก าลงไฟฟาขาเขาคงทเทากบ 139.38 วตต 4.3.11 การทดลองทระยะหางของขดลวดทง 2 ทหางกนในแกน z 8 เซนตเมตร 48 และ เลอนไปตามแกน x ทระยะหางตางๆกน ดคาประสทธภาพทเกดขน โดยใหก าลงไฟฟาขาเขาคงทเทากบ 139.38 วตต 4.4 ก าลงไฟฟาทสญเสยจากการสงก าลงไฟฟา 49
v
สารบญ (ตอ) หนา
4.5 สรปผลการทดลอง 52 บทท 5 สรปผลการทดลอง 55 5.1 บทสรปและวจารณ 55 5.2 ขอดของการสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟา 55 5.3 ขอเสยของการสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟา 55 5.4 ปญหาระหวางด าเนนโครงงาน 56 5.5 แนวทางการพฒนาโครงงาน 56 เอกสารอางอง 57 ภาคผนวก 59 ภาคผนวก ก. Wireless Power Transmission Circuit 60 ภาคผนวก ข. Source Code 64 ภาคผนวก ค. Paper Project 72 ประวตผเชยน
vi
สารบญรป รปท หนา 2.1 วงจรเรโซแนนซแบบอนกรมและแบบขนาน 5 2.2 ผลของตวเหนยวน าและตวเกบประจทมตอกระแสสลบทความถตางๆ 6 2.3 วงจรเรโซแนนซแบบอนกรม 7 2.4 วงจรเรโซแนนซแบบขนาน 7 2.5 ลกษณะการเกดสนามแมเหลกในแกนทมลกษณะตางกน 8 2.6 แสดงการเกดความเหนยวน าตวเอง 9 2.7 ลกษณะตวเหนยวน าแกนอากาศ 10 2.8 ลกษณะตวเหนยวน าแกนเฟอรไรตแบบแทงและแบบวงแหวน 10 2.9 ลกษณะตวเหนยวน าแกนเหลก 11 2.10 ตวเหนยวน า 12 2.11 วงจรอนกรมทางแมเหลก และวงจรไฟฟาเทยบเทาวงจรแมเหลก 14 2.12 วงจรขนานทางแมเหลก และวงจรไฟฟาเทยบเทาวงจรแมเหลก (RL) 14 2.13 วงจรผสมทางแมเหลก และวงจรไฟฟาเทยบเทาวงจรแมเหลก 14 2.14 ฮสเตอรซสลป 15
2.15 วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน 16 2.16 กราฟของสญญาณแรงดนดานอนพตและแรงดนทโหลด (RL) 17 2.17 วงจรฟลบรดจอนเวอรเตอร 18 2.18 กราฟของสญญาณแรงดนทโหลด (RL) 19 2.19 วงจรของระบบสงก าลงไฟฟาแบบไรสาย 19 2.20 วงจรสมมลของระบบสงก าลงไฟฟาไรสาย 20 2.21 วงจรสมมลอยางงายของระบบสงก าลงไฟฟาไรสาย 20 3.1 ระบบการสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟา 22 3.2 วงจรแหลงจายพาวเวอรกระแสตรง 23 3.3 วงจรขบมอสเฟต 23 3.4 วงจรอนเวอรเตอร 24 3.5 การพนขนลวดตวสง และขดลวดตวรบ 25 3.6 ทศทางการเคลอนทของเสนแรงแมเหลกระหวางขดลวดสงและขดลวดรบ 25 3.7 วงจรเรยงกระแส 26 4.1 สญญาณดานอนพทจากวารแอคทก าลงไฟฟา 690.83 วตต ท z = 4 เซนตเมตร 29
vii
สารบญรป (ตอ) รปท หนา 4.2 สญญาณดานอนพทจากอนเวอรเตอรทก าลงไฟฟา 620.50 วตต ท z = 4 เซนตเมตร 29 4.3 สญญาณดานเอาทพททเปนกระแสสลบทก าลงไฟฟา 484.90 วตต ท z = 4 เซนตเมตร 30 4.4 สญญาณดานเอาทพททเปนกระแสตรงทก าลงไฟฟา 504.18 วตต ท z = 4 เซนตเมตร 30 4.5 สญญาณดานเอาทพททเปนกระแสตรงทก าลงไฟฟา 489.76 วตต ท z = 5 เซนตเมตร 31 4.6 สญญาณดานเอาทพททเปนกระแสตรงทก าลงไฟฟา 454.00 วตต ท z = 6 เซนตเมตร 31 4.7 สญญาณดานเอาทพททเปนกระแสตรงทก าลงไฟฟา 409.47 วตต ท z = 7 เซนตเมตร 32 4.8 สญญาณดานเอาทพททเปนกระแสตรงทก าลงไฟฟา 370.17 วตต ท z = 8 เซนตเมตร 32 4.9 สญญาณดานเอาทพททเปนกระแสตรงทก าลงไฟฟา 275.41 วตต ท z = 9 เซนตเมตร 33 4.10 สญญาณดานเอาทพททเปนกระแสตรงทก าลงไฟฟา 232.83 วตต ท z = 10 เซนตเมตร 33 4.11 กราฟแสดงความสมพนธระหวางก าลงไฟฟาขาออกทโหลดกบระยะทางทเลอนไป 34
ตามแกน z 4.12 กราฟแสดงความสมพนธระหวางประสทธภาพกบระยะทางทเลอนไปตามแกน z 34 4.13 กราฟแสดงความสมพนธระหวางระยะทางทเลอนไปตามแกน x (cm) 35
กบก าลงไฟฟาขาออกทโหลดทระยะหางแกน z คงทเทากบ 4 เซนตเมตร 4.14 กราฟแสดงความสมพนธระหวางระยะทางทเลอนไปตามแกน x (cm) 35
กบก าลงไฟฟาขาออกทโหลดทระยะหางแกน z คงทเทากบ 8 เซนตเมตร 4.15 วงจรฝงสง 36 4.16 วงจรฝงรบ 36 4.17 ไฟเลยง 24VDC 37 4.18 บอรดไมโครคอนโทรลเลอร stm32-vldiscovery 37 4.19 ขดลวดทงฝงสงและฝงรบโดยวางทบกน 38 4.20 ก าลงไฟฟาจากวารแอค 49 4.21 ก าลงไฟฟาจากบรดจเรกตไฟเออร 49 4.22 ก าลงไฟฟาจากอนเวอรเตอร 50 4.23 ก าลงไฟฟาทโหลด 50 4.24 ก าลงไฟฟาทตกครอมตวเหนยวน าฝงสง 51
viii
สารบญตาราง
ตารางท หนา 1.1 แผนการด าเนนงานในระยะเวลา 1 ป 3 4.1 ผลการทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสสลบ ทระยะหางแกน z 4 เซนตเมตร 38 ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม 4.2 ผลการทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 4 เซนตเมตร 39 ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม 4.3 ผลการทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 5 เซนตเมตร 40 ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม 4.4 ผลการทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 6 เซนตเมตร 41 ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม 4.5 ผลการทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 7 เซนตเมตร 42 ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม 4.6 ผลการทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 8 เซนตเมตร 43 ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม 4.7 ผลการทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 9 เซนตเมตร 44 ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม 4.8 ผลการทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 10 เซนตเมตร 45 ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม 4.9 ผลการทดลองทระยะหางของขดลวดทง 2 ทหางกนในแกน z 4 เซนตเมตร และ เลอนไป 46 ตามแกน x ทระยะหางตางๆกน ดคาประสทธภาพทเกดขน โดยใหก าลงไฟฟาขาเขาคงท เทากบ 139.38 วตต 4.10 ผลการทดลองทระยะหางของขดลวดทง 2 ทหางกนในแกน z 6 เซนตเมตร และ เลอนไป 47 ตามแกน x ทระยะหางตางๆกน ดคาประสทธภาพทเกดขน โดยใหก าลงไฟฟาขาเขาคงท เทากบ 139.38 วตต 4.11 ผลการทดลองทระยะหางของขดลวดทง 2 ทหางกนในแกน z 8 เซนตเมตร และ เลอนไป 48 ตามแกน x ทระยะหางตางๆกน ดคาประสทธภาพทเกดขน โดยใหก าลงไฟฟาขาเขาคงท เทากบ 139.38 วตต
ix
กตตกรรมประกาศ โครงงานนผจดท าไดรบความอนเคราะหชวยเหลอ ใหค าปรกษาและแนะน าแนวทางในการด าเนนงาน จาก ผศ.ดร.สมยศ เกยรตวนชวไล และ รศ.ดร.อนวฒน จางวนชเลศ ซงเปนอาจารยผควบคมดแลโครงงานมาโดยตลอดจนท าใหโครงงานนส าเรจลลวงได ผจดท าขอกราบขอบพระคณทานอาจารยเปนอยางสงทใหความกรณามา ณ ทน ขอขอบพระคณคณาจารยประจ าภาควชาวศวกรรมไฟฟาก าลง คณะวศวกรรมศาสตร สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง ทกทานทไดประสทธประสาทวชาให ขอขอบคณ เพอนๆ พๆ ในหองโปรเจคทกคนทไดคอยใหค าแนะน าขนตอนในการท าโปรเจคดวยดมาตลอด
ขอขอบคณคณนครศกด เจาหนาทหองปฏบตการทใหเบกใชเครองมอ ในล าดบสดทายนคณะผจดท า ขอกราบขอบพระคณ บดามารดา และครอบครวทได
สนบสนนดานการเงนและใหก าลงใจอกทงเพอนๆ พๆ นองๆ ทใหความชวยเหลอในหลายๆดานท าใหการท าโครงงานครงนส าเรจไดดวยด ขอขอบคณไว ณ ทนดวย
คณะผจดท า
บทท 1 บทน า
1.1 ความเปนมาและความส าคญของปญหา
รถยนตไฟฟาในปจจบนถอเปนทางเลอกทนาสนใจในอนาคตซงสงเกตไดจากการทบรษทรถยนตชนน าของโลกเรมมแนวโนมทจะผลตและพฒนารถยนตไฟฟาสงเขามาสตลาดรถยนตมากขน เชน รถยนตไฟฟา และรถยนตกงไฟฟากงน ามน เนองจากขอดของรถยนตไฟฟา ไมจ าเปนตองใชเชอเพลงในการขบเคลอน แตจะใชพลงงานไฟฟาแทน ซงจะไมปลอยกาซเสยเหมอนรถยนตทใชน ามนในปจจบน รถยนตไฟฟาจงถอเปนการใชพลงงานสะอาด เปนมตรตอสงแวดลอม อกทงพลงงานทตองการส าหรบรถยนตไฟฟายงถกกวาน ามนมาก ถอเปนขอไดเปรยบทส าคญอยางหนงของรถยนตไฟฟาแตสงทยงยากอยางหนงทจะน ามาพจารณาคอ ผใชตองมการเสยบสายชารจเขากบแบตเตอรของรถยนตไฟฟาทงไวทกๆครงทไมใชงานหรอแบตเตอร ใกลหมด ซงมความยดหยนนอยกบสงทจะตองเกดขนเปนอยเปนประจ า อกทงยงขาดความสะดวกในการใชงาน ความเปนไปไดในการสงพลงงานไฟฟาผานอากาศเกดขนมานบ 100 ปแลวหากเทคโนโลยนถกพฒนาใหมากขนจะท าใหเกดประโยชนอยางยงตอสภาพแวดลอมในปจจบน เชน การเปลยนพลงงานทใชในการขบเคลอนรถจากการใชน ามนมาเปนการใชพลงงานไฟฟาแทน อกทงการลดการใชน ามน จะท าใหลดการปลอยกาซคารบอนไดออกไซดสสงแวดลอม ซงเปนสาเหตหลกของการเกดภาวะเรอนกระจก ถอเปนการเปลยนแปลงครงยงใหญของโลกหากเราสามารถสงพลงงานไฟฟาไดอยางสมบรณ
ปเตอรฟชเชอร, โรเบรตมอฟแฟต , มารน โซลจาซก, องเดรยเคอส, จอหน โจนโนโมปลอสและ อรสทดส คาราลส ทมนกวจยจาก เอมไอท ไดทดลองสงก าลงไฟฟาแบบไรสายใหกบหลอดไฟขนาด 60 วตต โดยสงทระยะ 2 เมตร และสญเสยพลงงานไฟฟาประมาณ 60% หลกการทน ามาใชคอ การเรโซแนนซคปปลงกนระหวาง 2 ขดลวด โดยใชความถเรโซแนนซ 19.5 เมกะเฮรทซ โดยขอดของทมนกวจยนคอสามารถสงก าลงไฟฟาไดระยะไกลแตยงสงไดในก าลงไฟฟาทต าอยซงยงไมพอเพยงกบการประจแบตเตอรของรถยนตไฟฟา ตอมาโจเซออสคารเมอร-มรานดา และทมงานกไดใชวธการคปปลงแมเหลกแบบออนทสภาวะเรโซแนนซ โดยประสทธภาพจะขนอยกบการคปปลงระยะทางซงระยะทางจะหางพอทจะสงก าลงไฟฟาไดโดยเปนการตอแบบอนกรมทงดานสงและดานรบ ซงจากวธนประสทธภาพในการสงนนนอยกวา 50% ก าลงไฟฟาทไดมคา 10-3 หรอ 1 มลลวตต ซงถอวานอยมาก จากนน ยานปง เหยา , เซงเกงและทมงานจากวทยาลยแหงวศวกรรมศาสตร โอลน กไดสรางตวตนแบบในการสงก าลงไฟฟาโดยใชการคปปลงแมเหลกแบบเขมทสภาวะเรโซแนนซซงจากการทดลองพวกเขาใชความถ 19.08 เมกะเฮรทซ สามารถสงก าลงไฟฟาไดไกล 32 เซนตเมตร ทก าลงไฟฟาขาเขาไมเกน 4 วตต โดยประสทธภาพอยท 52% ซงจะเหนวาใชความถทสงมากในการสงแตประสทธภาพทไดออกมากยงไมสงมาก หลงจากนน ฟาบโอ เกนดโซ และทมงานจากมหาวทยาลยปา
2
เลอรโมกไดพยายามคดคนหาวธในการสงก าลงไฟฟาผานอากาศ ซงพวกเขาใชความถท 5.5 ถง 7.5 กโลเฮรทซ โดยสามารถสงออกไปไดไกล 30 เซนตเมตร ทความถ 7.5 กโลเฮรทซ แตเมอปรบความถลดลงระยะทางทไดกลดลงแบบเอกซโพเนนเชยลโดยสงไปได 4 ถง 6 เซนตเมตร ทก าลงไฟฟา 1 วตต มประสทธภาพในการสง 80-84% ซงถอวาก าลงไฟฟาทออกมายงมคานอยและระยะทางในการสงทยงมคานอยอย
ซงจากนกวจยหลายๆทานกไดพยายามคดคนหาวธในการสงก าลงไฟฟาผานอากาศเพอใหไดประสทธภาพสงสดเทาทจะเปนไปได อาทเชน รคารโด มารตอาส และทมงาน กไดใชการคปปลงโดยมตวเหนยวน าฝงรบและฝงสง เพอทจะใหเกดความเหนยวน ารวมกนในการสงก าลงไฟฟาโดยสรางแบบจ าลองทางคณตศาสตรขนมาใช เพอทจะน าไปประยกตใชกบงานตางๆ เชน การชารจรถยนตไฟฟา ดวยเหตผลตางๆดงกลาวน กลมของขาพเจาไดเลงเหนปญหา จงพยายามคดคนทจะแกไขสถานการณดงกลาว จงเกดเปนโครงงานนขนมา ปญหาส าคญของการสงก าลงไฟฟาไรสายผานอากาศนน เปนเรองของประสทธภาพของการสงก าลงไฟฟาซงจะเกดการสญเสยของพลงงานไฟฟา โดยปจจยทมผลตอประสทธภาพคอ ระยะระหวางตวสงและตวรบ ระดบของก าลงไฟฟาทจะสง และปรมาณของสนามแมเหลกทเกดขน โครงงานนมจดประสงคในการเพมประสทธภาพของการสงก าลงไฟฟาผานอากาศใหมากขน ซงจะตองค านงถงความปลอดภยทอาจจะมผลกระทบตอสงมชวตเปนส าคญ 1.2 วตถประสงคของการวจย 1.เพอศกษาและออกแบบการสงก าลงไฟฟาผานอากาศโดยอาศยหลกการของสนามแมเหลกเหนยวน าระหวางขดลวดสองชด 2.เพอเปนพนฐานในการศกษาการสงก าลงไฟฟาผานอากาศและน าไปพฒนาใหสงขนเพอประโยชนในอนาคต 3.เพอใหเกดองคความรใหม และน าไปประยกตใชไดจรงกบอปกรณไฟฟาชนดตางๆ 1.3 ขอบเขตและขอก าหนดของโครงงาน 1.สงจายก าลงไฟฟาขนาด 500 วตต ผานอากาศในระยะทางไมเกน10 เซนตเมตร 2.ความถทใชในการสงผานก าลงไฟฟาจะอยในยานของคลนความถวทย (19.5 กโลเฮรตซ) 3.อาศยหลกการเหนยวน าของสนามแมเหลกระหวางขดลวดสองชดในการสงผานก าลงไฟฟา 4.ควบคมผลกระทบจากผลของสนามแมเหลกไมใหมอนตรายตอสงมชวต อปกรณไฟฟาและอเลกทรอนกส
3
1.4 ประโยชนทไดรบจากการวจย 1.มความรความเขาใจในพนฐานในการศกษาการสงก าลงไฟฟาไรสายผานอากาศ 2.มความรความเขาใจเกยวกบหลกการแรงดนเหนยวน าพนฐานของฟาราเดย 3.มความรความเขาใจเกยวกบเรองสนามแมเหลกและสนามไฟฟา 4.สามารถน ามาใชงานไดจรงกบการชารจแบตเตอรรถยนตไฟฟา และอปกรณเครองใชไฟฟาตางๆ
1.5 แผนการด าเนนโครงงาน
ตงแตคณะผจดท างานวจยไดเรมท างานวจยโดยมการวางแผนการด าเนนงานมระยะเวลาด าเนนการ 1 ป ตงแตวนท 30 พฤษภาคม 2556 ถง 31 มนาคม 2557 ดงน ตารางท 1.1 แผนการด าเนนงานในระยะเวลา 1 ป
การด าเนนงาน พ.ศ.2556 พ.ศ.2557
ม.ย. ก.ค. ส.ค. ก.ย. ต.ค. พ.ย. ธ.ค. ม.ค. ก.พ. ม.ค.
1.ศกษาขอมลเกยวกบการสง
ก าลงไฟฟาไรสาย
2.ออกแบบวงจรสวตชงความถสง
3.จ าลองอปกรณลงโปรโตบอรด
4.ออกแบบลกษณะแกนและขดลวด
ทใชในการสงและรบก าลงไฟฟา
5.จดท ารายงานวชาโครงงาน1
6.ออกแบบลายวงจรอนเวอรเตอร
บนพซบและบดกรลงบนบอรด
7.พนขดลวดทใชเปนตวสงและ
ตวรบก าลงไฟฟา
4
การด าเนนงาน พ.ศ.2556 พ.ศ.2557
ม.ย. ก.ค. ส.ค. ก.ย. ต.ค. พ.ย. ธ.ค. ม.ค. ก.พ. ม.ค.
8.ทดสอบชนงานและท าการแกไข
ขอบกพรองทเกดขน
9.วเคราะหผลการทดลองและ
พฒนาใหเปนไปตามจดประสงคทตง
ไว
10.สรปและประเมนผลการทดลอง
11.จดท าปรญญานพนธฉบบ
สมบรณ
บทท 2 ทฤษฎทเกยวของ
2.1 วงจรเรโซแนนซ วงจรเรโซแนนซเปนวงจรผสมระหวางตวเกบประจกบขดลวดเหนยวน า ซงมความส าคญในการใชงานของวงจรอเลคทรอนกสแบบอนาลอก ดวยผลตอสญญาณระแสสลบของขดลวดและตวเกบประจซงแตกตางกน ในทางตรงกนขาม จะท าใหเกดผลตอแรงดนในกระแสตรง และกระแสสลบในลกษณะตางๆ เชน เกดการจายและรบกระแสใหซงกนและกน ท าใหเกดสญญาณกระแสสลบตกครอมวงจรขน เมอวงจรไดรบแรงดนกระแสตรงจะเกดการตอตานและยอมใหสญญาณกระแสสลบบางความถผาน เปนตน วงจรเรโซแนนซ แบงออกเปน 2 ชนด คอ
วงจรเรโซแนนซแบบอนกรม
วงจรเรโซแนนซแบบขนาน
รปท 2.1 วงจรเรโซแนนซแบบอนกรมและแบบขนาน
2.2 แรงดนกระแสสลบกบวงจรเรโซแนนซ วงจรเรโซแนนซประกอบดวยตวเกบประจและขดลวดเหนยวน า ซงมผลตอกระแสไฟฟาสลบตรงกนขามกน กลาวคอ ตวเกบประจจะมคาความตานทานตอไฟกระแสสลบ ในสวนแปรผกผนตอความถ คอคาความถสงจะผานตวเกบประจไดด คาความตานทานตอกระแสสลบของตวเกบประจหาไดจาก
1
2cX
fC (2.1)
L
R
C
L
R
C
6
ส าหรบขดลวดเหนยวน าจะมคณสมบตตานไฟกระแสสลบในทางตรงกนขามกบตวเกบประจ
คอมสดสวนโดยตรงกบความถของไฟฟากระแสสลบทปอนผาน ซงเปนดงสมการ
2LX fL (2.2) เมอจายไฟฟากระแสสลบใหกบวงจรเรโซแนนซ จะเกดผลอยางไรขนอยกบลกษณะของวงจรเรโซแนนซวาเปนแบบอนกรมหรอขนาน แตผลทเหมอนกนคอ ถาคาความถสงคา XL จะมากและคา XC จะต า ซงจะเหนวาคา XL และ XC จะมคาทสวนทางกน ดงนนหากมคาความถทท าให XL
และ XC มคาเทากนจะท าใหคารแอคแตนซหกลางกนหมดจงเหลอเฉพาะคาความตานทาน (R) ซงคาความถทท าใหเกดผลดงกลาวเราเรยกวาคาความถเรโซแนนซ ( f0 )
1
2cX
fC
2LX fL
รปท 2.2 ผลของตวเหนยวน าและตวเกบประจทมตอกระแสสลบทความถตางๆ
0
1
2f
LC (2.3)
f0 คอ คาความถเรโซแนนซทเกดขนในวงจร มหนวยเปน เฮรตซ (Hz) 2π เปนคาคงท L คอ คาของขดลวดในวงจร มหนวยเปน เฮนร (H) C คอ คาของตวเกบประจในวงจร มหนวยเปน ฟารด (F)
f (Hz) f0 0
0
R
(โอหม)
7
2.3 ความถเรโซแนนซ (Resonant frequency) ความถเรโซแนนซ คอความถทท าใหเกดสภาวะเรโซแนนซ สามารถท าไดโดยการปรบคาความถของแหลงจายแรงดนทความถคาหนงท าใหคารแอคแตนซ XL = XC ท าใหไดคาอมพแดนซ Z = R สงผลใหแรงดนและกระแสในวงจรมเฟสตรงกนตวคณก าลงของวงจรมคาเปนหนงตามทฤษฎ ซงสามารถแสดงผลตอวงจรอารแอลซ (RLC) แบบอนกรม และแบบขนานไดดงรปท 2.3 และ 2.4
รปท 2.3 วงจรเรโซแนนซแบบอนกรม (Series resonant)
ทความถทท าใหเกดสภาวะเรโซแนนซสงผลใหผลรวมของแรงดนทตกครอมตวเหนยวน าและตวเกบประจมคาเปนศนย ท าใหวงจรเรโซแนนซแบบอนกรมอมพแดนซของวงจรมคาต าสดกระแสทไหลในวงจรจะมคาสงสด
รปท 2.4 วงจรเรโซแนนซแบบขนาน (Parallel resonant)
C L
Resonance frequency
Impedance
Frequency (Hz)
Resonance frequency
Impedance
Frequency (Hz)
L
C
8
ทความถทท าใหเกดสภาวะเรโซแนนซสงผลใหผลรวมของแรงดนทตกครอมตวเหนยวน าและตวเกบประจมคาเปนศนยวงจรเรโซแนนซแบบขนานอมพแดนซมคาสงสด กระแสทไหลในวงจรมคาต าสดแตมคาแรงดนตกครอมสงสด 2.4 ตวเหนยวน า (Inductor) ตวเหนยวน าเปนอปกรณทใชในการเหนยวน าไฟฟา โดยอาศยหลกการสนามแมเหลกตดผานขดลวด จะท าใหเกดการไหลของกระแสไฟฟาในขดลวด ซงจะท าใหเกดการเหนยวน าขน ตวเหนยวน าเรยกอกอยางหนงวา อนดกเตอรหรอเรยกยอๆวาตวแอล (L) หนวยของการเหนยวน าคอ เฮนร (Henry) ตวเหนยวน านนนยมน าไปใชในการปรบความถโดยอาศยหลกการของลวดทองแดงน ามาขดหลายๆ รอบทเรยกวาคอยล (Coil) แลวจายกระแสไฟฟาเขาไป เพอใหแสดงคณสมบตของตวเหนยวน า โครงสรางประกอบดวยขดลวด (Coil) พนรอบแกน (Core) ซงแกนนอาจจะเปนแกนอากาศ, แกนเหลก, หรอแกนเฟอรไรตขนอยกบคณสมบตของการเหนยวน าไฟฟาและลกษณะการพนเสนลวดตวน าแตกตางกน ท าใหตวเหนยวน าแตกตางกน เมอน าเสนลวดตวน ามาพนเปนขดจะสงผลใหเสนแรงแมเหลกทเกดขนรอบเสนลวดตวน าเกดการเสรมแรงกนเกดเปนสนามแมเหลกขนและสนามแมเหลกทเกดขนมความเขมเพมมากขน ลกษณะการเกดสนามแมเหลก แสดงดงรปท 2.5
รปท 2.5 ลกษณะการเกดสนามแมเหลกในแกนทมลกษณะตางกน
แกนผงเหลก
แกนอากาศ
เสนแรงสนามแมเหลกมเพมขน
เสนแรงสนามแมเหลกสงสดทผาน
เสนแรงสนามแมเหลกมนอย
แกนแผนเหลกบางเคลอบน ายา
9
การท างานของตวเหนยวน าอาศยสมบตทเรยกวาความเหนยวน าตวเอง (Self-inductance) คอ เมอกระแสไหลผานขดลวดจะสรางสนามแมเหลกขน ถากระแสทผานขดลวดเปลยนแปลงจะท าใหฟลกซทเชอมผานขดลวดจะเปลยนแปลงดวย ท าใหเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าซงจะมทศทางทตานการเปลยนแปลงของกระแส นนคอ ถากระแสก าลงเพมขน แรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าจะอยในทศทางทพยายามใหกระแสลดลง แตถากระแสก าลงลดลง แรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าจะอยในทศทางทท าใหกระแสเพมขนซงกระแสสลบในขดลวดท าใหเกดสนามแมเหลกเปลยนกบเวลาซงจะเหนยวน าใหเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าในขดลวดในทศทางทตานการเปลยนของกระแส ดงรปท 2.6
รปท 2.6 การเกดความเหนยวน าตวเอง
ประเภทของตวเหนยวน าในแกนตางๆ สามารถเรยกตามชอของแกนทท าเปนฐานขดลวดแบงออกไดเปน
1. ตวเหนยวน าแกนอากาศ ต ว เหน ย วน า แกนอากาศ เป นต ว เหน ย วน า ท แ กนท าม าจากว สด ท เ ป น ฉนวนเชน คารบอน พลาสตก ไฟเบอร และพวซ เปนตน หรออาจพนลอยๆไวโดยไมมอะไรรองรบ ตวเหนยวน าประเภทนนยมน าไปใชงานกบพวกความถสงๆ หรอความถวทย (RF) ตวเหนยวน าแกนอากาศเปนตวเหนยวน าทมคาความเหนยวน าต าเพราะแกนไมสามารถชวยเสรมคาความเหนยวน าได การจะท าใหคาความเหนยวน าเพมขนตองใชจ านวนรอบในการพนขดลวดเพมขน ลกษณะตวเหนยวน าแกนอากาศแสดงไดดงรปท 2.7
10
รปท 2.7 ลกษณะตวเหนยวน าแกนอากาศ
2. ตวเหนยวน าแกนเฟอรไรต ตวเหนยวน าแกนเฟอรไรตเปนตวเหนยวน าทแกนหรอฐานรองรบเสนลวดท าดวยเฟอรไรตสวนผสมของเฟอรไรตมความแตกตางกนหลายอยาง เชน แมกนเซยมกบสงกะส แมกนเซยมกบแมงกานสแมกนเซยมกบทองแดงนกเกลกบสงกะสและแมงกานสกบสงกะสเปนตนแตละชนดของเฟอรไรตใหความเขมของคาความเหนยวน าแตกตางกน ขอดของตวเหนยวน าแกนเฟอรไรต คอสามารถสรางใหมรปรางลกษณะตางๆไดใชงานไดดทงความถต า และความถสง ลกษณะตวเหนยวน าแกนเฟอรไรตแสดงไดดงรปท 2.8
รปท 2.8 ลกษณะตวเหนยวน าแกนเฟอรไรตแบบแทงและแบบวงแหวน
3. ตวเหนยวน าแกนเหลก ตวเหนยวน าแกนเหลกเปนตวเหนยวน าทแกนหรอฐานรองรบเสนลวดท าดวยเหลกแผนบางวางซอนกน เหลกแผนบางแตละแผนเคลอบฉนวนไว เพอชวยลดการสญเสยเนองจากกระแสะไหลวนและชวยท าใหคาความเหนยวน าเพมขน การใชงานนยมน าไปใชงานในยานความถต าเชน ใชเปนตวกรองไฟ (Filter) แรงดนไฟสลบเปนแรงดนไฟตรง เปนตนลกษณะตวเหนยวน าแกนเหลกแสดงไดดงรปท 2.9
แกนเฟอรไรตแบบแทง
แกนเฟอรไรตแบบวงแหวน
11
รปท 2.9 ลกษณะตวเหนยวน าแกนเหลก ปจจยทมผลตอความเหนยวน า คาความเหนยวน าจะมคามากหรอนอยขนอยกบตวแปร 4ประการคอ
1. จ านวนรอบของขดลวดเขยนแทนดวยอกษร N ถาจ านวนรอบของขดลวดมปรมาณมาก กจะท าใหเกดคาความเหนยวน ามากขนตามไปดวย คาความเหนยวน าจะแปรผนตรงกบจ านวนรอบของขดลวด
2. วสดทน ามาท าเปนแกน เขยนแทนดวยสญลกษณ µวสดทน ามาท าเปนแกนมหลายชนดเชน อากาศ , เหลก , เฟอรไรต, โคบอล ฯลฯ เปนตน แตละชนดจะมคณสมบตในการเพมความเขมสนามแมเหลกทเรยกวาความซมซาบ (Permeability) แตกตางกน ในกรณทมความซมซาบมากกจะท าใหเกดคาความเหนยวน ามาก คาความเหนยวน าจะแปรผนตรงกบความซมซาบของแกน
3. พนทหนาตดของแกน เขยนแทนดวยอกษร A ถาพนทของแกนมปรมาณมากกจะท าใหเกดคาความเหนยวน ามากขนตามไปดวย คาความเหนยวน าจะแปรผนตรงกบพนทของแกน
4. ความยาวของแกนเขยนแทนดวยอกษร l ถาความยาวของแกนมปรมาณมาก กจะท าใหเกดคาความเหนยวน านอย คาความเหนยวน าจะแปรผกผนกบความยาวของแกน จากปจจยทง 4ประการจงสามารถหาสมพนธของคาความเหนยวน าไดจากสมการ
2N A
LI
(2.4)
Lคอ คาความเหนยวน า มหนวยเปน เฮนร (H) Nคอ จ านวนรอบของขดลวด มหนวยเปน รอบ
แกนเหลก
12
Aคอ พนทหนาตดของแกน มหนวยเปน ตารางเมตร (m2)
𝜇 คอ คาความซมซาบแมเหลก (Permibility) l คอ ความยาวของแกน มหนวยเปน เมตร(m)
รปท 2.10 ตวเหนยวน า
คณสมบตของสารแมเหลก
คณสมบตความเปนสารแมเหลกของวสดตาง ๆ แบงตามคาของความซมซาบแมเหลกสมพทธ (r )
1) ไดอะแมกเนตก (Diamagnetic) 1r เชน พวกทองแดง , เจอรมาเนยม, เงน ,ทองค า,อากาศ วสดจ าพวกน การปอนสนามแมเหลกจากภายนอกจะสงผลนอยมาก
2) พาราแมกเนตก (Paramagnetic) 1r เชน อะลมเนยม,แมกนเซยม,ไททาเนยม,ทงสเตน วสดจ าพวกนการปอนสนามแมเหลกจากภายนอกจะท าใหเกดสนามแมเหลกขนบางเลกนอย
3) เฟอรโรแมกเนตก (Ferromagnetic) 1r เชน พวกเหลก, โคบอลต, นกเกล วสดจ าพวกดงกลาวจะมคณสมบต เดน ๆ คอ
- เมอไดรบสนามแมเหลกจากภายนอกจะสามารถคงคาสนามแมเหลกไวได (กลายเปนแมเหลกถาวร)
- ความสมพนธระหวางความหนาแนนสนามแมเหลก (B) กบความเขมสนามแมเหลก(H) จะไมเปนเชงเสน
- อาจกลายเปนพาราแมกเนตกไดถาไดรบความรอนสงถงระดบหนง
วสดทน ามาท าเปนแกน พนทหนาตดของแกน
ความยาวของแกน
จ านวนรอบของขดลวด
13
2.5 วงจรแมเหลก (Magnetic Circuit) และความสญเสยในการสวตชง (Hysteresis Loss)
เสนแรงแมเหลก (Magnetic flux , ) คอจ านวนของเสนแรงสนามแมเหลกทพงออกจากขวเหนอของแมเหลก แมเหลกทมอ านาจมากจะมจ านวนเสนแรงแมเหลกมากตามไปดวย
ความหนาแนนเสนแรงแมเหลก (Flux density, B) คอ จ านวนเสนแรงแมเหลกตอหนงหนวยพนทซงตงฉากกบทศทางของเสนแรงแมเหลกนน
BA
(2.5)
แรงเคลอนแมเหลก (Magnetomotive force, mmf) คอ อ านาจแมเหลกของแมเหลกไฟฟา
ทสงผลตอการขบเคลอนเสนแรงแมเหลกออกไปภายนอกมความสมพนธโดยตรงกบจ านวนรอบของขดลวดตวน า และปรมาณกระแสไฟฟาทไหลผานขดลวดนน
mmf NI (2.6)
ความตานทานแมเหลก (Reluctance, ℜ) คอ คาความตานทานแมเหลกทเสนแรงแมเหลกไหลผาน
1
A (2.7)
ความเขมสนามแมเหลก (Field Intensity , H) คอ ปรมาณแรงเคลอนแมเหลกตามแนวแกน
ของขดลวด มความสมพนธกบสดสวนระหวาง แรงเคลอนแมเหลกกบความยาวของแกนของขดลวด
mmf
HI
(2.8)
ความซมซาบแมเหลก (Permeability , ) คอความตวเลขคาคงทแสดงความสามารถใน
การน าเสนแรงแมเหลกของแกนของแมเหลก
B
H (2.9)
14
วงจรแมเหลก (Magnetic Circuit) คอ วงจรทแสดงทศทางการการเคลอนทของเสนแรง
แมเหลก()วาเคลอนทผานความตานทานแมเหลกในรปแบบใดบาง หากเปรยบเทยบวงจรแมเหลกและวงจรไฟฟาแลวจะเหนไดวามความคลายคลงกนอยางมากดงน
เสนแรงแมเหลก () เปรยบเสมอนกระแส (I) แรงเคลอนแมเหลก (mmf) เปรยบเสมอน แรงดน (V) ความตานทานแมเหลก (ℜ) เปรยบเสมอน ความตานทานไฟฟา (R)
รปท 2.11 วงจรอนกรมทางแมเหลก และวงจรไฟฟาเทยบเทาวงจรแมเหลก
รปท 2.12 วงจรขนานทางแมเหลก และวงจรไฟฟาเทยบเทาวงจรแมเหลก
รปท 2.13 วงจรผสมทางแมเหลก และวงจรไฟฟาเทยบเทาวงจรแมเหลก
ф
I
mmfm
ф
ℑ ℜ
i
Ф1 Ф2
a b c
d e f
ф
N
Ф2
ф
Ф1 ℜ𝑏𝑒
ℜ𝑏𝑎𝑓𝑒 ℜ𝑏𝑐𝑑𝑒
ℑ
i Ф1
Ф2
a b c
d
e
f
ф
N
g h
ℑ
ℜ𝑒𝑓𝑔 ℜ𝑔ℎ
Ф2 Ф1g ℜ𝑎ℎ
ф ℜ𝑏𝑐𝑑 ℜ𝑎𝑏
ℜ𝑑𝑒
15
ความสญเสยในการสวตชง ( Hysteresis Loss )
รปท 2.14 ฮสเตอรซสลป (Hysteresis Loop)
เราพบวา หากมการน าสารเฟอรโรแมก (Ferromagnetic) มาเหนยวน าใหเกดความเขมสนามแมเหลกจะไดความสมพนธระหวางความหนาแนนสนามแมเหลก (B) และความเขมสนามแมเหลก (H) ดงรป 2.14 ท าใหเมอเราคอยๆเพมความเขมสนามแมเหลกจะท าใหความหนาแนนสนามแมเหลกทเกดขนจะเปนไปตามแนวเสน OP แตเมอลดความเขมสนามแมเหลกลงมาจนเทากบศนยพบวาความหนาแนนสนามแมเหลก จะยงคงคาความหนาแนนสนามแมเหลก (Br) อยนนคอ มการเกดอปกรณแมเหลกถาวรขน แตถาหากตองการใหความหนาแนนสนามแมเหลกกลายเปนศนยจะตองปอนความเขมสนามแมเหลกในทศตรงขาม (ท าไดโดยการกลบขวกระแส) จน H = Hc โดยคา Br และ Hc จะขนอยกบชนดของสารและคาความเขมสนามแมเหลกสงสด(Hmax)ทปอน หากตอมามการเพมความเขมสนามแมเหลกอกครง ความสมพนธจะไปตามแนว QP เกดเปนการวนรอบทเรยกวาฮสเตอรซสลป (Hysteresis loop) ความกวางของการวนรอบแสดงถงความสญเสยในการสวตชง (Hysteresis loss) ซงอาจใชประโยชนไดในงานพวก การสรางอปกรณแมเหลกตางๆ แตในเรองของเครองจกรกลไฟฟา จ าพวก มอเตอร , เจนเนอรเรเตอร, หมอแปลงไฟฟาเปนสงทไมตองการใหเกดขน เพราะความสญเสยในการสวตชง ( Hysteresis loss ) ทเกดขนจะกลายเปนความรอนในหนงไซเคลของการกลบขวความเขมสนามแมเหลกยงความเขมสนามแมเหลกมความถสงขนก
O HC
Br
Bmax
-Hmax
Hmax
Q
P
B
H
16
จะท าใหเกดความสญเสยเยอะตามไปดวย ดงนน สารเฟอรโรแมกเนตก (ferromagnetic) ทดตองมฮสเตอรซสลปทแคบๆเพอลดความสญเสยทเกดขน 2.6 วงจรเรยงกระแส (Rectifier)
วงจรเรยงกระแสหรอเรยกอกอยางหนงวา เรคตไฟเออรคอวงจรไฟฟาทมคณสมบตในการ แปลงสญญาณกระแสสลบใหกลายเปนสญญาณไฟฟากระแสตรงหรอมคณสมบตยอมใหไฟฟาไหลผานไปในทศทางใดทศทางหนงอปกรณทนยมใชในการแปลงสญญาณไดแกไดโอด ซงในโครงงานนจะใชวงจรเรยงกระแสแบบบรดจมาท าการสรางชนงาน
2.6.1 วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ (Bridge Rectifier Circuit) วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน (Full Wave) ชนดหนงคอวงจรเรยงกระแสแบบบรดจ
แรงดนไฟสลบจะตอเขาทสองมมของวงจรบรดจและเอาตพตจะถกน าออกทสองมมทเหลอ
รปท 2.15 วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน
ในแตละครงไซเคลของวงจรอนพตสมมตวาเมอขว A ของขดทตยภมมคาเปนบวก และขวB มคาเปนลบจงเหมอนกบครงไซเคลลบถกปอนเขาทางขดปฐมภมของหมอแปลง ไดโอด D2 และ D3 จะอยในลกษณะไบอสตรงดงนนกระแสจงไหลครบวงจรจากขว A ผานไดโอด D2 ความตานทานโหลด (RL) และไดโอด D3 แลวกลบเขสขว B ของหมอแปลง และเมอแรงดนไฟสลบเปลยนขางมาเปนขวบวกทขว B และเปนลบทขว A การน ากระแสของไดโอดจะเปลยนไปโดยเรมจากจด B ของขดทตยภมผานD4 ความตานทานโหลดและ D1 กลบเขาขว A ของหมอแปลงทศทางแรงดนตกครอมโหลดจะมทศทางเดยวกบตอนแรกคอ มขวบวกอยทางดานบน ดงนนการน ากระแสไดโอดจะเกดสลบกนทละสองตว D2 กบ D3 และ D1กบ D4
Vm
D3
D4
RL
A
B D1
D2
220 Vac
50 Hz
17
รปท 2.16 กราฟของสญญาณแรงดนดานอนพตและแรงดนทโหลด (RL)
คาพารามเตอรในวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน ในวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนจะไดสญญาณเอาตพตทกรปคลนของสญญาณอนพตดงนนคาแรงดนหรอคากระแสสามารถค านวณหาคาโดยใชสมการเดยวกนแตจะใหผลลพธดงน
2
0.636mdc m
II I
(2.10)
2
0.636mdc m
VV V
(2.11)
2
mrms
II (2.12)
2
mrms
VV (2.13)
Vdc คอ คาแรงดนเฉลยของวงจรเรยงกระแส มหนวยเปน โวลต (V)
Vm คอ คาแรงดนสงสดของสญญาณไฟสลบ มหนวยเปน โวลต (V)
Vrms คอ คาแรงดนอารเอมเอส มหนวยเปน โวลต (V)
Idc คอ คากระแสเฉลยของวงจรเรยงกระแส มหนวยเปน แอมแปร (A)
Im คอ คากระแสสงสดของสญญาณไฟสลบ มหนวยเปน แอมแปร (A)
Irms คอ คากระแสอารเอมเอส มหนวยเปน แอมแปร (A)
Time
+V
-V
0V
AC Input
Time
Rectifier
Output
0V
+V
-V
18
2.7 อนเวอรเตอร (Inverter) อนเวอรเตอร (Inverters) เปนอปกรณทใชส าหรบการแปลงไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ ซงสามารถเปลยนแปลง หรอควบคมระดบแรงดนไฟฟา และความถของไฟฟากระแสสลบไดซงในโครงงานนจะใชวงจรฟลบรดจอนเวอรเตอรมาท าการสรางชนงานเพอรบแรงดนไฟฟากระแสตรงจากวงจรเรยงกระแสอกท
2.7.1 วงจรฟลบรดจอนเวอรเตอร (Full Bridge Inverter)
คอวงจรแปลงผนแรงดนไฟฟากระแสตรงเปนแรงดนไฟฟากระแสสลบโดยอาศยการสวตชงแบบเทคนคการมอดเลชนความกวางพลสแบบซายน
รปท 2.17 วงจรฟลบรดจอนเวอรเตอร
ถาใหสวตซ (S1, S4) และ (S2, S3)ท าหนาทปดและเปดสลบกนไปจะไดรปคลนของ
เอาตพต VAO ซงมขนาดเทากบ Vdc แตเปนแรงดนกระแสสลบแลวดงรปท 2.18 ดงนนวงจรในรปท 2.17 จงจดเปนสแควเวฟอนเวอรเตอรชนดหนง
S3
VAO
O A
S2 S1
Vdc
S4
RL
19
รปท 2.18 กราฟของสญญาณแรงดนทโหลด (RL)
2.8 วงจรสมมลของขดลวดตวสง (Transmitter)และขดลวดตวรบ (Receiver)
รปท 2.19 วงจรของระบบสงก าลงไฟฟาแบบไรสาย
สวนประกอบ 1.อนเวอรเตอรความถสง (High frequency Inverter) 2.ตวเกบประจทตอแบบอนกรม 3.ตวเกบประจทตอแบบขนาน
VA0
- VDC
VDC
t
20
จากรปท 2.19 เมอแปลงเปนวงจรสมมลระหวางขดลวดตวสงและขดลวดตวรบ จะไดดงรปท 2.20
รปท 2.20 วงจรสมมลของระบบสงก าลงไฟฟาไรสาย
จากรปท 2.20 แสดงวงจรสมมลอยางละเอยดของระบบ โดยทความถเรโซแนนซ เราจะ
พบวา ความตานทานขดลวด (winding resistance, r1’ และ r2) และความสญเสยในแกนเฟอรไรต (Ferrite core-loss , r0’) จะมคานอยมากๆเมอเทยบกบความสญเสยรวม (Mutual reactance , jx0’) และความสญเสยรวไหล (Leakage reactance , jx2) เราจงสามารถวาดวงจรสมมลอยางงายของระบบไดดงรปท 2.21
รปท 2.21 วงจรสมมลอยางงายของระบบสงก าลงไฟฟาไรสาย
21
เพอทจะใหระบบท างานทความถเรโซแนนซ จงท าการตอตวเกบประจแบบขนาน (Cp) ซงจะมคาเทากบ mutual reactance ( x0
, ) บวกกบ leakage reactance ( x2)
'
0 2
0
1p
p
X X XC
(2.14)
สวนตวเกบประจทตอดานขดลวดปฐมภมCS (CS′ คอ การยายคามาฝงทตยภมของขดลวด)
0 2
1'
0 0 2
1S
S
X XX X
C X X
(2.15)
ประสทธภาพของวงจร(η)
2
2 2 2 21 1 2 2
122
1
L L L
L LL
L
P
R I R
R I r I r I r RR r
b X
(2.16)
โดยวงจรจะเกดประสทธภาพสงสดเมอ maxL LR R
1max 2
2
11L P
rR X
b r (2.17)
max
2 1
2
2
1
21 1
P
r r
X b r
(2.18)
'
0
'
0 2
Xb
X X
(2.19)
บทท 3 การออกแบบสรางการสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟา
3.1 ภาพรวมของระบบการท างานการสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟา 1. ระบบดงกลาวเปนระบบส าหรบการชารจแบตเตอรของรถยนตไฟฟา โดยไมตองท าการเชอมถงกนทางไฟฟาระหวางแบตเตอรทอยในรถยนตไฟฟาและอปกรณสงพลงงาน เพอเพมความสะดวก และความยดหยนในการชารจแบตเตอรรถยนต 2. จากรปท 3.1 ระบบการสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟาจะแบงเปน 2 สวนดวยกนคอ สวนสง (Transmitter) และสวนรบ (Receiver) โดยเราจะท าการตดตงสวนสงไวทพนหรอจดทการตองและตดตงสวนรบไวทตวรถยนตไฟฟาเมอรถยนตไฟฟามาจอดตรงจดสงพลงงาน กจะเกดการถายเทพลงงานไฟฟาไปยงสวนรบเพอน าไปชารจแบตเตอร 3. ระยะหางระหวางสวนสงและสวนรบควรมระยะหางอยางนอย 4 เซนตเมตร เพอเพมความยดหยนใหมากยงขนในการสงก าลงไฟฟาทก าลงงานเอาทพต 500 วตต
รปท 3.1 ระบบการสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟา
23
3.2 การออกแบบการสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟา การสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟาจะประกอบไปดวยสวนตางๆตอไปน 3.2.1 แหลงจายพาวเวอรกระแสตรง ในวงจรจะท าการแปลงแรงดนจาก ~220Vac เปน 311 Vdc โดยประกอบดวยบรดจไดโอดและตวเกบประจ
รปท 3.2 วงจรแหลงจายพาวเวอรกระแสตรง
3.2.2 อนเวอรเตอรความถสงคอ สวนทแปลงสญญาณไฟฟากระแสตรงเปนกระแสสลบเพอเปน ตวสรางความถ (Oscillator) ทจะจายใหกบขดลวดตวสง (Transmitter) ซงจะมความถอยท34กโลเฮรตซ ประกอบดวย
3.2.2.1 เครองก าเนดสญญาณ (Signal Generator) ท าหนาทสรางสญญาณความถสงเพอใชในการขบมอสเฟตในทนจะใชบอรด stm32vldiscoveryในการก าเนดสญญาณ และจะใชออปโตคปเปลท าการเพมระดบแรงดนไฟฟาส าหรบขบขาเกทของมอสเฟตจาก 0, 3.3 โวลตทมาจากบอรดไปเปน -5 , 15 โวลต รวมถงการแยก (Isolated) กราวด (GND) ระหวางบอรดอารมกบมอสเฟตดวย เพอปองกนอนตรายทจะเกดขนกบบอรดหากมการลดวงจร
รปท 3.3 วงจรขบมอสเฟต
220 Vac 2200 µF 311Vdc
PWM stm32 vldiscovery
440 Ω
Voไปตอขาเกท
ของมอสเฟต
-5V
+15V TLP 250
2
3
4
7
5 6
1 8
24
3.2.2.2 วงจรสวตชง (Switching circuit) ประกอบดวยมอสเฟตจ านวน 4 ตวส าหรบสวตชงทศทางของกระแสไฟฟาจากกระแสตรงใหเปนกระแสสลบซงจะไดรปสญญาณเปนรปคลนสเหลยม
รปท 3.4 วงจรอนเวอรเตอร
หลกการออกแบบวงจรอนเวอรเตอรความถสง
1. หมอแปลง 220/18 V แบบแทป 1 แอมแปร 2. ใชไอซ 7815 เปนตวควบคมแรงดนไฟฟา (Voltage regulator) ใหจายไฟเลยงกระแสตรงขนาด 15 โวลตเขาออปโตคปเปล (OPTO TLP250) 3. ใชไอซ 7905 เปนตวควบคมแรงดนไฟฟา (Voltage regulator) ใหจายไฟเลยงกระแสตรงขนาด -5 โวลตเขาออปโตคปเปล (OPTO TLP250) 4. ใชมอสเฟต (MOSFET IRFP450) เปนตวสวตซชง 5. ใชออปโตคปเปล (OPTO TLP250) เปนตวขบขาเกท (Gate) ของมอสเฟต 6. ใชอารม (arm stm32 vldiscovery) เปนตวสรางสญญาณพลส (PWM) เพอสงสวตซชง
3.2.3 ขดลวดตวสง (Transmitter) และขดลวดตวรบ (Receiver) หลกการออกแบบขดลวดตวสง (Transmitter) และขดลวดสวนขดลวดตวรบ (Receiver)
1. ขดลวดตวสง (Transmitter) คอ ขดลวดทใชก าเนดเสนแรงแมเหลกไฟฟาเพอสงพลงงานไปขดลวดตวรบ (Receiver) ในทนจะใชแกนอากาศ เปนแกนกลางในการพนขดลวด โดยออกแบบใหความเหนยวน ามคาเทากบ 0.3 มลลเฮนร และตออนกรมกบตวเกบประจ 180 นาโนฟารด
2. สวนขดลวดตวรบ (Receiver) คอ ขดลวดทใชรบเสนแรงแมเหลกไฟฟาจากขดลวดตวสง(Transmitter)ทก าเนดขนเพอแปลงกลบเปนพลงงานไฟฟา และจะใชแกนอากาศ เปนแกนกลางในการพนขดลวดเชนเดยวกบขดลวดตวสง ใชไดโอดชนดชอตสกไดโอด scs210AM มาตอเปนบรดจเรก
Transmitter
25
ตไฟเออร โดยออกแบบใหความเหนยวน ามคาเทากบ 0.3 มลลเฮนร และตอขนานกบตวเกบประจ 180 นาโนฟารด หลกการออกแบบโครงสรางของขดลวด
ในการพนขนลวด เพอทจะมประสทธภาพสงสดจงจ าเปนตองหลกเลยงการรวไหลของฟลกซ
ใหนอยทสด หากเปนไปไดจงควรออกแบบใหพนไปในลกษณะจานกลมพนขดลวดเปนรปกนหอยเพอ
ลดผลของการรวไหลของฟลกซ เพราะหากออกแบบไปในรปแบบของทรงกระบอก จะท าใหเกดการ
รวไหลของฟลกซมาก โดยการพนไดออกแบบไปในลกษณะดงรปท 3.5
รปท 3.5 การพนขนลวดตวสง (Transmitter) และขดลวดตวรบ (Receiver)’
รปท 3.6 ทศทางการเคลอนทของเสนแรงแมเหลกระหวางขดลวดสง (Transmitter) และขดลวดรบ (Receiver)
4 เซนตเมตร
26
3.2.4 วงจรเรยงกระแส (Rectifier) คอ วงจรทแปลงไฟฟากระแสสลบไปสไฟฟากระแสตรงเนองจากขดลวดตวรบ (Receiver) จะรบมาเปนแรงดนไฟฟากระแสสลบ จงตองท าการแปลงเปนกระแสตรงเพอท าการชารจแบตเตอร
รปท 3.7 วงจรเรยงกระแส
บทท 4
การทดลองและผลการทดลอง
4.1 อปกรณและเครองมอวดทางไฟฟา
1. Oscilloscope
2. RLC meter
3. Coupling Coil
4. Variac
5. High Frequency Inverter
6. Current Probe
7. Load Incandescent 6 bulb ( 30 Ohm )
4.2 ขนตอนล าดบการทดลอง
1. ในวงจรควบคม จายแรงดนไฟฟากระแสตรงขนาด 3.3V เขาทอารม เพอสรางสญญาณเขาทออพโต จากนนออพโตขยายสญญาณเพอน าไปขบมอสเฟต
2. ในวงจรก าลง จายแรงดนไฟฟากระแสสลบเขาทบรดจ เรกตไฟเออรเพอเรยงกระแสใหเปนกระแสตรง สงไปทอนเวอรเตอรเพอแปลงจากกระแสตรงเปนกระแสสลบทความถสงโดยม LC ตออนกรมกน กอนจายเขาทตว Coupling Coil ตวสง เพอจายก าลงไฟฟาผานอากาศไปยง Coupling Coil ตวรบทมโหลดขนาด 30 โอหม
3. ใช Oscilloscope วดสญญาณแรงดน และ กระแสทอนเวอรเตอร เพอน ามาหาก าลง ไฟฟาทไดจากอนเวอรเตอรแลวบนทกคา
4. ใช Oscilloscope วดสญญาณแรงดน และ กระแสเพอน ามาหาก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสสลบ ทระยะหางแกน z 4 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหมแลวบนทกคา 5. ใช Oscilloscope วดสญญาณแรงดน และ กระแสเพอน ามาหาก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 4 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหมแลวบนทกคา
28
6. ใช Oscilloscope วดสญญาณแรงดน และ กระแสเพอน ามาหาก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 5 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหมแลวบนทกคา 7. ใช Oscilloscope วดสญญาณแรงดน และ กระแสเพอน ามาหาก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 6 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหมแลวบนทกคา 8. ใช Oscilloscope วดสญญาณแรงดน และ กระแสเพอน ามาหาก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 7 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหมแลวบนทกคา 9. ใช Oscilloscope วดสญญาณแรงดน และ กระแสเพอน ามาหาก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 8 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหมแลวบนทกคา 10. ใช Oscilloscope วดสญญาณแรงดน และ กระแสเพอน ามาหาก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 9 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหมแลวบนทกคา 11. ใช Oscilloscope วดสญญาณแรงดน และ กระแสเพอน ามาหาก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 10 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหมแลวบนทกคา 12. ใช Oscilloscope วดสญญาณแรงดน และ กระแสเพอน ามาหาก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรงทระยะหางของขดลวดทง 2 ทหางกนในแกน z 4 เซนตเมตร และ เลอนไปตามแกน x ทระยะหางตางๆกน ดคาประสทธภาพทเกดขน โดยใหก าลงไฟฟาขาเขาคงทเทากบ 139.38 วตต แลวบนทกคา 13. ใช Oscilloscope วดสญญาณแรงดน และ กระแสเพอน ามาหาก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรงทระยะหางของขดลวดทง 2 ทหางกนในแกน z 6 เซนตเมตร และ เลอนไปตามแกน x ทระยะหางตางๆกน ดคาประสทธภาพทเกดขน โดยใหก าลงไฟฟาขาเขาคงทเทากบ 139.38 วตต แลวบนทกคา 13. ใช Oscilloscope วดสญญาณแรงดน และ กระแสเพอน ามาหาก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรงทระยะหางของขดลวดทง 2 ทหางกนในแกน z 8 เซนตเมตร และ เลอนไปตามแกนx ทระยะหางตางๆกน ดคาประสทธภาพทเกดขน โดยใหก าลงไฟฟาขาเขาคงทเทากบ 139.38 วตต แลวบนทกคา
29
4.3 การทดลองและผลการทดลอง
รปท 4.1 สญญาณดานอนพทจากวารแอคทก าลงไฟฟา 690.83 วตต ท z = 4 เซนตเมตร
รปท 4.2 สญญาณดานอนพทจากอนเวอรเตอรทก าลงไฟฟา 620.50 วตต ท z = 4 เซนตเมตร
30
รปท 4.3 สญญาณดานเอาทพททเปนกระแสสลบทก าลงไฟฟา 484.90 วตต ท z = 4 เซนตเมตร
รปท 4.4 สญญาณดานเอาทพททเปนกระแสตรงทก าลงไฟฟา 504.18 วตต ท z = 4 เซนตเมตร
31
รปท 4.5 สญญาณดานเอาทพททเปนกระแสตรงทก าลงไฟฟา 489.76 วตต ท z = 5 เซนตเมตร
รปท 4.6 สญญาณดานเอาทพททเปนกระแสตรงทก าลงไฟฟา 454.00 วตต ท z = 6 เซนตเมตร
32
รปท 4.7 สญญาณดานเอาทพททเปนกระแสตรงทก าลงไฟฟา 409.47 วตต ท z = 7 เซนตเมตร
รปท 4.8 สญญาณดานเอาทพททเปนกระแสตรงทก าลงไฟฟา 370.17 วตต ท z = 8 เซนตเมตร
33
รปท 4.9 สญญาณดานเอาทพททเปนกระแสตรงทก าลงไฟฟา 275.41 วตต ท z = 9 เซนตเมตร
รปท 4.10 สญญาณดานเอาทพททเปนกระแสตรงทก าลงไฟฟา 232.83 วตต ท z = 10 เซนตเมตร
34
รปท 4.11 กราฟแสดงความสมพนธระหวางก าลงไฟฟาขาออกทโหลดกบระยะทาง
ทเลอนไปตามแกน z
รปท 4.12 กราฟแสดงความสมพนธระหวางประสทธภาพกบระยะทาง
ทเลอนไปตามแกน z
0
100
200
300
400
500
600
4 5 6 7 8 9 10
Outp
ut P
ower
(W)
Distance shifted along the z-axis (cm)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
4 5 6 7 8 9 10
Effic
ienc
y (%
)
Distance shifted along the z-axis (cm)
35
รปท 4.13 กราฟแสดงความสมพนธระหวางระยะทางทเลอนไปตามแกน x (cm)
กบก าลงไฟฟาขาออกทโหลดทระยะหางแกน z คงทเทากบ 4 เซนตเมตร
รปท 4.14 กราฟแสดงความสมพนธระหวางระยะทางทเลอนไปตามแกน x (cm)
กบก าลงไฟฟาขาออกทโหลดทระยะหางแกน z คงทเทากบ 8 เซนตเมตร
0102030405060708090
100
2 4 6 8
Outp
ut P
ower
(W)
Distance shifted along the x-axis (cm)
0102030405060708090
100
2 4 6 8
Outp
ut P
ower
(W)
Distance shifted along the x-axis (cm)
36
รปท 4.15 วงจรฝงสง
รปท 4.16 วงจรฝงรบ
37
รปท 4.17 ไฟเลยง 24VDC
รปท 4.18 บอรดไมโครคอนโทรลเลอร stm32-vldiscovery
38
รปท 4.19 ขดลวดทงฝงสงและฝงรบโดยวางทบกน
39
4.3.1 การทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสสลบ ทระยะหางแกน z 4 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
ตารางท 4.1 ผลการทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสสลบ ทระยะหางแกน z 4 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
Input Power (W)
139.38 254.42 388.68 525.36 690.83
Input Voltage (V)
44.0512 59.3019 72.9366 84.3388 96.4829
Input Current (A)
4.27945 5.57655 6.85526 7.98579 9.13074
Output Power AC (W)
99.123 194.21 287.32 378.95 484.90
Output Voltage AC (V)
107.67 166.394 209.684 251.291 297.527
Output Current AC (A)
1.47215 1.97153 2.38339 2.60512 3.06916
Efficiency (%) 71.12 76.33 73.92 72.13 70.19
40
4.3.2 การทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 4 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
ตารางท 4.2 ผลการทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 4 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
Input Power (W)
139.38 254.42 388.68 525.36 690.83
Input Voltage (V)
44.0512 59.3019 72.9366 84.3388 96.4829
Input Current (A)
4.27945 5.57655 6.85526 7.98579 9.13074
Output Power DC (W)
100.38 202.95 301.48 403.57 504.18
Output Voltage DC (V)
142.475 223.542 291.287 379.150 433.352
Output Current DC (A)
0.7085 0.91943 1.06206 1.17885 1.2657
Efficiency (%) 72.02 79.77 77.57 76.82 72.98
41
4.3.3 การทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 5 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
ตารางท 4.3 ผลการทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 5 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
Input Power (W)
139.38 254.42 388.68 525.36 690.83
Input Voltage (V)
44.0512 59.3019 72.9366 84.3388 96.4829
Input Current (A)
4.27945 5.57655 6.85526 7.98579 9.13074
Output Power DC (W)
90.025 182.94 262.61 383.82 489.76
Output Voltage DC (V)
135.396 202.538 269.139 325.430 408.390
Output Current DC (A)
0.6967 0.8729 1.01106 1.14585 1.26858
Efficiency (%) 64.59 71.9 67.56 73.06 70.89
42
4.3.4 การทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 6 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
ตารางท 4.4 ผลการทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 6 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
Input Power (W)
139.38 254.42 388.68 525.36 690.83
Input Voltage (V)
44.0512 59.3019 72.9366 84.3388 96.4829
Input Current (A)
4.27945 5.57655 6.85526 7.98579 9.13074
Output Power DC (W)
86.555 166.76 248.11 324.22 454.00
Output Voltage DC (V)
132.353 192.451 255.693 295.995 362.113
Output Current DC (A)
0.6875 0.86299 0.9931 1.08169 1.24474
Efficiency (%) 62.10 65.55 63.83 61.71 65.72
43
4.3.5 การทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 7 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
ตารางท 4.5 ผลการทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 7 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
Input Power (W)
139.38 254.42 388.68 525.36 690.83
Input Voltage (V)
44.0512 59.3019 72.9366 84.3388 96.4829
Input Current (A)
4.27945 5.57655 6.85526 7.98579 9.13074
Output Power DC (W)
75.687 150.91 220.54 298.50 409.47
Output Voltage DC (V)
121.689 179.997 233.091 289.337 342.595
Output Current DC (A)
0.6754 0.8433 0.9652 1.05353 1.18291
Efficiency (%) 54.30 59.32 56.74 56.82 59.27
44
4.3.6 การทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 8 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
ตารางท 4.6 ผลการทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 8 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
Input Power (W)
139.38 254.42 388.68 525.36 690.83
Input Voltage (V)
44.0512 59.3019 72.9366 84.3388 96.4829
Input Current (A)
4.27945 5.57655 6.85526 7.98579 9.13074
Output Power DC (W)
59.270 138.90 193.95 265.42 370.17
Output Voltage DC (V)
113.392 172.006 217.522 271.026 317.447
Output Current DC (A)
0.6507 0.8113 0.9249 1.02323 1.13054
Efficiency (%) 42.52 54.59 49.90 50.52 53.58
45
4.3.7 การทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 9 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
ตารางท 4.7 ผลการทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 9 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
Input Power (W)
139.38 254.42 388.68 525.36 690.83
Input Voltage (V)
44.0512 59.3019 72.9366 84.3388 96.4829
Input Current (A)
4.27945 5.57655 6.85526 7.98579 9.13074
Output Power DC (W)
52.555 111.40 169.55 216.33 275.41
Output Voltage DC (V)
103.210 158.655 198.237 233.386 269.452
Output Current DC (A)
0.6059 0.73898 0.8474 0.9399 1.00896
Efficiency (%) 37.71 49.79 43.62 41.18 39.87
46
4.3.8 การทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 10 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
ตารางท 4.8 ผลการทดลองทก าลงไฟฟาขาออกเปนไฟฟากระแสตรง ทระยะหางแกน z 10 เซนตเมตร ณ ความถ 19.5 kHz โดยใชกบโหลด 30 โอหม
Input Power (W)
139.38 254.42 388.68 525.36 690.83
Input Voltage (V)
44.0512 59.3019 72.9366 84.3388 96.4829
Input Current (A)
4.27945 5.57655 6.85526 7.98579 9.13074
Output Power DC (W)
50.534 104.72 155.19 199.15 232.83
Output Voltage DC (V)
90.9666 142.174 180.722 210.354 236.243
Output Current DC (A)
0.55695 0.73963 0.8456 0.9283 0.9872
Efficiency (%) 36.26 41.16 39.93 37.91 33.70
47
4.3.9 การทดลองทระยะหางของขดลวดทง 2 ทหางกนในแกน z 4 เซนตเมตร และ เลอนไปตามแกน x ทระยะหางตางๆกน ดคาประสทธภาพทเกดขน โดยใหก าลงไฟฟาขาเขาคงทเทากบ 139.38 วตต ตารางท 4.9 ผลการทดลองทระยะหางของขดลวดทง 2 ทหางกนในแกน z 4 เซนตเมตร และ เลอนไปตามแกน x ทระยะหางตางๆกน ดคาประสทธภาพทเกดขน โดยใหก าลงไฟฟาขาเขาคงทเทากบ 139.38 วตต
ระยะหางกนแนวแกน x (cm)
2 4 6 8
Input Power (W) 139.38 139.38 139.38 139.38
Input Voltage (V) 44.0512 44.0512 44.0512 44.0512
Input Current (A) 4.27945 4.27945 4.27945 4.27945
Output Power (W) 100 96 86 66
Efficiency (%) 71.75 68.88 61.70 47.35
48
4.3.10 การทดลองทระยะหางของขดลวดทง 2 ทหางกนในแกน z 6 เซนตเมตร และ เลอนไปตามแกน x ทระยะหางตางๆกน ดคาประสทธภาพทเกดขน โดยใหก าลงไฟฟาขาเขาคงทเทากบ 139.38 วตต ตารางท 4.10 ผลการทดลองทระยะหางของขดลวดทง 2 ทหางกนในแกน z 6 เซนตเมตร และ เลอนไปตามแกน x ทระยะหางตางๆกน ดคาประสทธภาพทเกดขน โดยใหก าลงไฟฟาขาเขาคงทเทากบ 139.38 วตต
ระยะหางกนแนวแกน x (cm)
2 4 6 8
Input Power (W) 139.38 139.38 139.38 139.38
Input Voltage (V) 44.0512 44.0512 44.0512 44.0512
Input Current (A) 4.27945 4.27945 4.27945 4.27945
Output Power (W) 94 87 71 55
Efficiency (%) 67.44 62.42 50.94 39.46
49
4.3.11 การทดลองทระยะหางของขดลวดทง 2 ทหางกนในแกน z 8 เซนตเมตร และ เลอนไปตามแกน x ทระยะหางตางๆกน ดคาประสทธภาพทเกดขน โดยใหก าลงไฟฟาขาเขาคงทเทากบ 139.38 วตต ตารางท 4.11 ผลการทดลองทระยะหางของขดลวดทง 2 ทหางกนในแกน z 8 เซนตเมตร และ เลอนไปตามแกน x ทระยะหางตางๆกน ดคาประสทธภาพทเกดขน โดยใหก าลงไฟฟาขาเขาคงทเทากบ 139.38 วตต
ระยะหางกนแนวแกน x (cm)
2 4 6 8
Input Power (W) 139.38 139.38 139.38 139.38
Input Voltage (V) 44.0512 44.0512 44.0512 44.0512
Input Current (A) 4.27945 4.27945 4.27945 4.27945
Output Power (W) 73 68 56 40
Efficiency (%) 52.37 48.79 40.18 29.70
50
4.4 ก าลงไฟฟาทสญเสยจากการสงก าลงไฟฟา
รปท 4.20 ก าลงไฟฟาจากวารแอค
รปท 4.21 ก าลงไฟฟาจากบรดจเรกตไฟเออร
51
รปท 4.22 ก าลงไฟฟาจากอนเวอรเตอร
รปท 4.23 ก าลงไฟฟาทโหลด
52
รปท 4.24 ก าลงไฟฟาทตกครอมตวเหนยวน าฝงสง
จากรปท 4.20 ถง 4.24 จะไดก าลงไฟฟาทสญเสย(Power Loss) ไปในระหวางการสงดงน ก าลงไฟฟาสญเสยทบรดจ(W) = ก าลงไฟฟาทวารแอค – ก าลงไฟฟาทบรดจ = 200.89 – 187.74 = 13.15 W ก าลงไฟฟาสญเสยทอนเวอรเตอร(W) = ก าลงไฟฟาทบรดจ – ก าลงไฟฟาทอนเวอรเตอร = 187.74 – 173.83 = 13.91 W ก าลงไฟฟาสญเสยทขดลวด(W) = ก าลงไฟฟาทตกครอมตวเหนยวน า = 11.269 W น าก าลงไฟฟาทจดตางๆมารวมกนจะไดก าลงไฟฟาสญเสยรวม ก าลงไฟฟาสญเสยรวม = 13.15 + 13.91 + 11.27 = 38.33 W ดงนนจะได ก าลงไฟฟาสญเสยระหวางขดลวด ดงน
53
ก าลงไฟฟาสญเสยระหวางขดลวด = ก าลงไฟฟาทวารแอค – ก าลงไฟฟาทโหลด – ก าลงไฟฟาสญเสยรวม
= 200.89 – 157.36 – 38.33 = 5.2 W จากการค านวณดานบน ก าลงไฟฟาสญเสยระหวางขดลวดนนไปเหนยวน าโลหะหรอเหลก
อนๆซงไมใชขดลวดอกฝงทอยในบรเวณนนท าใหประสทธภาพในการสงลดลงรวมไปถงก าลงไฟฟาสญเสยทจดตางเชน บรดจ อนเวอรเตอร กท าใหประสทธภาพในการสงลดลงไปดวย เปนตน 4.5 สรปผลการทดลอง
จากผลการทดลองการสงก าลงไฟฟาผานอากาศ ในรปท 4.1 เปนสญญาณทไดจากวารแอค ไปเขาอนเวอรเตอร ในรปท 4.2 เปนสญญาณทไดจากอนเวอรเตอรจะสงเกตเหนวาเปนรปคลนส เหลยมตางจากสญญาณทออกจากวารแอค ในรปท 4.3 เปนสญญาณทวดหลงจากขดลวดตวรบ หรอสญญาณทวดเปนไฟฟากระแสสลบดานเอาทพทซงยงไมผานการกรอง สวนในรปท 4.4 เปนสญญาณทไดจากการกรองใหเปนกระแสตรงเพอจะตอเขากบโหลดแลว จะสงเกตเหนวากราฟเปนเสนตรงตางจากรปท 4.3 ทเปนกระแสสลบ และในรปท 4.5 ถง 4.10 เปนกราฟทไดจากการเลอนระยะของขดลวดทง 2 ดานในแกน z หางออกไป จะสงเกตเหนไดวา ก าลงไฟฟาทไดนนมคาลดลงตามระยะทางทเพมขนดงกราฟในรปท 4.11 สงผลใหประสทธภาพในการสงนนลดลงตามไปดวยดงกราฟในรปท 4.12 จากการทดลองแสดงใหเหนวากราฟทระยะหางแกน z เทากบ 4 เซนตเมตร เปนผลทนาพอใจโดยก าลงไฟฟาทโหลดรบไดสงสดถง 504.18 วตต โดยมประสทธภาพเทากบ 72.98% และทก าลงไฟฟาทโหลดรบไดเทากบ 202.95 วตต นนมประสทธภาพสงสดถง 79.77%
ทระยะหางในแกน z เทากบ 5 เซนตเมตร ประสทธภาพสงสดทไดเทากบ 73.06% โดยมก าลงไฟฟาทโหลดรบไดเทากบ 383.82 วตต
ทระยะหางในแกน z เทากบ 6 เซนตเมตร ประสทธภาพสงสดทไดเทากบ 65.72% โดยมก าลงไฟฟาทโหลดรบไดเทากบ 454 วตต
ทระยะหางในแกน z เทากบ 7 เซนตเมตร ประสทธภาพสงสดทไดเทากบ 59.32% โดยมก าลงไฟฟาทโหลดรบไดเทากบ 150.91 วตต
ทระยะหางในแกน z เทากบ 8 เซนตเมตร ประสทธภาพสงสดทไดเทากบ 54.59% โดยมก าลงไฟฟาทโหลดรบไดเทากบ 138.9 วตต
54
ทระยะหางในแกน z เทากบ 9 เซนตเมตร ประสทธภาพสงสดทไดเทากบ 49.79% โดยมก าลงไฟฟาทโหลดรบไดเทากบ 111.4 วตต
ทระยะหางในแกน z เทากบ 10 เซนตเมตร ประสทธภาพสงสดทไดเทากบ 41.16% โดยมก าลงไฟฟาทโหลดรบไดเทากบ 104.72 วตต
และการทดลองทเลอนทงระยะในแกน z และแกน x นนสรปไดวา เมอเราเลอนระยะหางทงในแกน z และ แกน x ออกไปจะท าใหก าลงไฟฟาขาออกทโหลดนนลดลงตามระยะทางทเลอนออกไปตามกราฟในรปท 4.13 และ รปท 4.14 ซงเปนการเลอนระยะในแกน z จาก 4 เซนตเมตร เปน 8 เซนตเมตร และเลอนระยะในแกน x ออกไปตง 2,4,6 และ 8 เซนตเมตร ตามล าดบ
บทท 5
บทสรปและขอเสนอแนะ
5.1 บทสรปและวจารณ
ในอนาคตอนใกลพลงงานจากเชอเพลงทเราใชกนจะไมพอใชส าหรบประชากรโลกดงนนพลงงานจงเปนพลงงานทางเลอกแทน รถยนตหลายๆคนอาจจะใชเพอการขบเคลอนบนถนน เราสามารถประจแบตเตอรดวยวธการเชอมตอแบบไรสาย จากการทดลองของพวกเรา แสดงใหเหนวามความเปนไปไดในการสงก าลงไฟฟาผานอากาศเพอทจะประจแบตเตอร ตวแปรทส าคญในการทดลองคอ ความถ ตวเหนยวน า ตวเกบประจ แมตชงอมพแดนซ และการเปลยนแปลงของโหลด ประสทธภาพในการสงนนขนอยกบวงจรเรโซแนนซของตวสงและตวรบ ประสทธภาพสงสดทไดจากการทดลองคอ 79.77% ทระยะ 40 มลลเมตร โดยก าลงไฟฟาขาออกเปนกระแสตรงคอ 202.95 วตต และ ก าลงไฟฟาขาออกสงสดทโหลด คอ 504.18 วตต มประสทธภาพ 72.98% ซงผลจากการทดลองแสดงใหเหนการยอมรบทางทฤษฎ
5.2 ขอดของการสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟา
1). มความสะดวกสบายในการชารจแบตเตอรส าหรบรถยนตไฟฟา
2). ท าใหเกดเทคโนโลยททนสมยในการชารจแบตเตอรส าหรบรถยนตไฟฟา
3). ท าใหประหยดพลงงานเชอเพลงลงโดยใชพลงงานไฟฟาแทน
5.3 ขอเสยของการสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟา
1). มประสทธภาพนอยกวาการสงก าลงไฟฟาดวยสายสง
2). ไมสามารถสงก าลงไฟฟาในระยะไกลได
3). มสญญาณรบกวนในอปกรณอเลกทรอนกสระหวางการสงก าลงไฟฟาผานอากาศ
4). มฟลกซแมเหลกรวไหลออกมาระหวางขดลวด
56
5.4 ปญหาในระหวางด าเนนโครงงาน
1). อปกรณอเลกทรอนกสบางชนเกดความเสยหายในระหวางการทดลองท าใหมกลนไหม
2). ในดานอปกรณทใชวด บางครงไมมอปกรณในการท าการทดลองเนองจากอปกรณมไมพอกบจ านวนกลมนกศกษาทตองใชทดลอง
3). เนองจากโครงงานนเปนเทคโนโลยใหม การศกษาหาขอมลใหตรงประเดนในโครงงานจงหาไดยาก ตองใชเวลาในการศกษาหาขอมลในการท าโครงงานนเปนเวลานาน
4). ขดลวดทใชในการทดลองนนมชองอากาศท าใหเกดฟลกซรวไหลออกมา สงผลใหประสทธภาพในการสงก าลงไฟฟาต า
5). ไดโอดทใชในการทดลองเปนไดโอดทความถสง ราคาแพง
6). ตวเกบประจทใชบางตวมแรงดนไมพอทจะใชท าการทดลอง
5.5 แนวทางการพฒนาโครงงาน
1). ควรปรบปรงอปกรณอเลกทรอนกสตางๆใหสามารถทนแรงดน และ กระแสไดเพอไมใหเกดความเสยหายกบอปกรณตางๆ และเพอตอยอดในการพฒนาโครงงานตอไป
2). ในสวนของ Coupling Coil ควรพนใหมชองวางอากาศนอยทสดเทาทเปนไปไดหรอไมมชองวางอากาศเลย เพอประสทธภาพในการสงก าลงไฟฟาผานอากาศจะไดมประสทธภาพสง สามารถสงไดในระยะทไกลขน
57
เอกสารอางอง
[1] Werachet Khan-Ngern and Wutthiphol Tharateeraset, 9th published , 162 Moo 4 Ratphatthana Rd, Bangpakok Ratburana Bangkok 10140 : VJ Printing Limited part , 2009
[2] S. Sheik Mohammed, K. Ramasamy and T. Shanmuganantham, “Wireless Power Transmission – A Next Generation Power Transmission System”, International Journal of Computer Applications (0975-8887), Vol. 1 No.13, 2012, pp. 100-103.
[3] Hiroya Takanashi, Yukiya Sato, Yasuyoshi Kaneko, Shigeru Abe and Tomio Yasuda, “A large air gap 3 kW wireless power transfer system for electric vehicles”, Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2012 IEEE., 2012, pp. 269-274.
[4] Ki Young Kim, “ Wireless Power Transfer – Principles and Engineering Explorations ”, Janeza Trdine 9, 51000 Rijeka, Croatia, Intech, 2012.
[5] H. Zenkner and W. Khan-ngern, “High Power Density and High Efficient Wireless Energy Transfer by Resonance Coupling”, Electrical Engineering /Electronics Computer Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON), 2010 International Conference on., 2010, pp. 1281-1284
[6] Dr. Morris Kesler, “Highly Resonant Wireless Power Transfer : Safe, Efficient, and over Distance”, Witricity Corporation Magazine, 2013, pp. 1-32
[7] B.-J. Jang, S. Lee, and H. Yoon, “HF-BAND WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM : CONCEPT, ISSUES, AND DESIGN”, Progress In Electromagnetics Research, Vol. 124, No.211-231, 2012, pp. 1-21
[8] A. James Swart, H. Christo vZ. Pienaar and Mike J. Case, “A Radio Frequency Mosfet driver”, AFRICON, 2004. 7th AFRICON Conference in Africa, Vol. 1, 2004, pp. 543-546
[9] Yanping Yao ; Hongyan Zhang ; Zheng Geng , “Wireless charger prototype based on strong coupled magnetic resonance”,Electronic and Mechanical Engineering and Information Technology (EMEIT), 2011 International Conference , Vol.5 , 2011 , pp. 2252-2254
[10] Kawamura , Y.; Shoyama, M., “Wireless power transmission using LC cancellation”, ECCE Asia Downunder (ECCE Asia), 2013 IEEE., 2013, pp. 1041-1045
58
[11] Moshfegh, J. ; Shahabadi, M. ; Rashed-Mohassel, J., “Conditions of maximum efficiency for wireless power transfer between two helical wires”, Microwaves, Antennas & Propagation , IET, Vol.5, 2011, pp. 545-550
[12] Jiseong Kim ; Jonghoon Kim ; Sunkyu Kong ; Hongseok Kim ; In-Soo Suh ; Nam Pyo Suh ; Dong-Ho Cho ; Joungho Kim ; Seungyoung AHn. “Coil Design and Shielding Methods for a Magnetic Resonant Wireless Power Transfer System”, Proceedings of the IEEE, Vol.101, 2013, pp. 1332-1342.
[13] JinWook Kim ; Hyeon-Chang Son ; Kwan-Ho Kim ; Young-Jin Park, “Efficiency Analysis of Magnetic Resonance Wireless Power Transfer With Intermediate Resonant Coil”, Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE, Vol.10, 2011, pp. 389-392.
[14] Dukju Ahn ; Songcheol Hong , “A Transmitter or a Receiver Consisting of Two Strongly Coupled Resonantors for Enhanced Resonant Coupling in Wireless Power Transfer”, Industrial Electronics, IEEE Transactions, Vol.61, Issue 3, 2014, pp. 1193-1203.
[15] Di Tommaso, A.O.; Genduso, F.; Miceli, R., “A small power transmission prototype for electric vehicle wireless battery charge applications”, Renewable Energy Research and Applications (ICRERA), 2012 International Conference, 2012, pp. 1-6.
59
ภาคผนวก
60
ภาคผนวก ก.
Wireless Power Transmission Circuit
61
วงจรอนกรมทางแมเหลก และวงจรไฟฟาเทยบเทาวงจรแมเหลก
วงจรขนานทางแมเหลก และวงจรไฟฟาเทยบเทาวงจรแมเหลก
วงจรผสมทางแมแหลกและวงจรไฟฟาเทยบเทาวงจรแมเหลก
i
Ф1 Ф2
a b c
d e f
ф
N
Ф2
ф
Ф1 ℜ𝑏𝑒
ℜ𝑏𝑎𝑓𝑒 ℜ𝑏𝑐𝑑𝑒
ℑ
ф
I
mmfm
ф
ℑ ℜ
62
โครงสรางของระบบการสงก าลงไฟฟา
วงจร Simulation ใน MATLAB ของฝงสงก าลงไฟฟา
63
ลายวงจรฝงสง
ลายวงจรฝงรบ
64
ภาคผนวก ข.
Source Code
65
/**
******************************************************************************
* @file TIM/7PWM_Output/main.c
* @author MCD Application Team
* @version V3.5.0
* @date 08-April-2011
* @brief Main program body
******************************************************************************
* @attention
*
* THE PRESENT FIRMWARE WHICH IS FOR GUIDANCE ONLY AIMS AT PROVIDING CUSTOMERS
* WITH CODING INFORMATION REGARDING THEIR PRODUCTS IN ORDER FOR THEM TO SAVE
* TIME. AS A RESULT, STMICROELECTRONICS SHALL NOT BE HELD LIABLE FOR ANY
* DIRECT, INDIRECT OR CONSEQUENTIAL DAMAGES WITH RESPECT TO ANY CLAIMS ARISING
* FROM THE CONTENT OF SUCH FIRMWARE AND/OR THE USE MADE BY CUSTOMERS OF THE
* CODING INFORMATION CONTAINED HEREIN IN CONNECTION WITH THEIR PRODUCTS.
* Divider = Divider-2;CCR1_Val = CCR1_Val-1;
* <h2><center>© COPYRIGHT 2011 STMicroelectronics</center></h2>
66
******************************************************************************
*/
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "stm32f10x.h"
/** @addtogroup STM32F10x_StdPeriph_Examples
* @
*/
/** @addtogroup TIM_7PWM_Output
* @
*/
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
uint16_t TimerPeriod = 0;
uint16_t PrescalerValue = 0;
/* Setting Frequency and DutyCycle*/
uint16_t Frequency=19500;
67
unsigned long i=-1;
uint16_t Divider;
uint16_t CCR1_Val;
uint16_t Deadtime = 10;
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void RCC_Configuration(void);
void GPIO_Configuration(void);
/* Private functions ---------------------------------------------------------*/
/**
* @brief Main program
* @param None
* @retval None
*/
int main(void)
Divider=24000000/Frequency;
CCR1_Val=(Divider-2)/2;
/* System Clocks Configuration */
RCC_Configuration();
/* GPIO Configuration */
68
GPIO_Configuration();
PrescalerValue = (uint16_t) (SystemCoreClock / 24000000) - 1;
/* Time base configuration */
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = Divider-1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = PrescalerValue;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Down;
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = CCR1_Val;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
/* Automatic Output enable, Break, dead time and lock configuration*/
TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Enable;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Enable;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_1;
69
TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = Deadtime;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_Break = TIM_Break_Disable;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_BreakPolarity = TIM_BreakPolarity_High;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Disable;
TIM_BDTRConfig(TIM1, &TIM_BDTRInitStructure);
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = CCR1_Val;
TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
/* TIM1 counter enable */
TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
/* TIM1 Main Output Enable */
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////
while(1)
while(i==0)
if(Divider>960)i=30000;
if(Divider>480&&Divider<=1200)i=200000;
if(Divider<480)i=200000;
Divider=Divider-2;
CCR1_Val=(Divider-2)/2;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = Divider-1;
70
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = CCR1_Val;
TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
i=i-0.0001;
/**
* @brief Configures the different system clocks.
* @param None
* @retval None
*/
void RCC_Configuration(void)
/* TIM1, GPIOA, GPIOB, GPIOE and AFIO clocks enable */
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
void GPIO_Configuration(void)
71
#ifdef STM32F10X_CL
/* GPIOE Configuration: Channel 1/1N, 2/2N, 3/3N and 4 as alternate function push-pull */
#else
/* GPIOA Configuration: Channel 1, 2 and 3 as alternate function push-pull */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 ;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
/* GPIOB Configuration: Channel 1N, 2N and 3N as alternate function push-pull */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14 ;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
#endif
72
ภาคผนวก ค.
Paper Project
73
การสงก าลงไฟฟาผานอากาศส าหรบรถยนตไฟฟา
Wireless Power Transmission for Electric Vehicle
ภทรธร เผาจนดา ภาณ มทธวรตน ภธร สขวณช และ ราชการ สวจสวรรณ
ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง
1 ซอย ฉลองกรง 1 ลาดกระบง กรงเทพมหานคร 10520 โทรศพท 02-329-8000 ตอ 3925 E-Mail: [email protected]
บทคดยอ บทความฉบบนจะน าเสนอระบบสงก าลงไฟฟาไรสายส าหรบ
รถยนตไฟฟา ดวยหลกการวงจรเรโซแนนท และ ทฤษฏการเหนยวน าของฟาราเดย วงจรถกออกแบบมาใหท าการเปลยนพลงงานไฟฟาไปเปนฟลกซแมเหลก และ สงมนไปยงขดลวดรบ จากนนขดลวดรบกจะเปลยนฟลกซแมเหลกกลบมาเปนพลงงานไฟฟา เพอใชในการชารจแบตเตอร หลงจากทไดมการพฒนาระบบสงก าลงไฟฟาไรสายสงทเปนความทาทายกคอ การออกแบบใหระบบน ใชงานไดงาย ปลอดภย และ ไดมาตรฐานตามขอก าหนดทางแมเหลกไฟฟา
ค าส าคญ : การสงก าลงไฟฟาผานอากาศ , เรโซแนนซ , การเหนยวน า Abstract
This paper presents to the Wireless Power Transmission for Electric Vehicle by using a basic principle of Faraday’s Induction theory and resonance circuit. The developed prototype would converts the electricity energy to magnetic flux and it will travel to the receiver coil. Then receiver coil would converts the magnetic flux back to the electrical energy for charging battery. Since the wireless power transmission is applied to the developed prototype, the advantages of simple configuration and user friendly interface can be gained. In addition, safety and electromagnetic emission are considered in the proposed design.[4]
Keywords : Wireless Power Transmission ,Resonance Inductive Coupling 1.บทน า
ทกวนน รถยนตไฟฟา(EV Car) เปนตวเลอกทนาสนใจส าหรบอนาคต เพราะวามนไมตองใชเชอเพลงปโตรเลยมในการขบเคลอน
รถยนตไฟฟาทกวนนเรมมการใชงานในเชงพาณชยมากขนจากปญหาราคาน ามนทสงขน และ รถยนตไฟฟาเปนพลงงานทสะอาด โดยมนจะใชพลงงานไฟฟามาจากแบตเตอรทตองการการชารจดวยการตอสายไฟ ปญหากคอมนไมสะดวก และ ไมสามารถชารจพลงงานขณะขบได เพอแกไขปญหาน เราไดพฒนาระบบสงก าลงไฟฟาไรสายขนมาเพอทจะชารจแบตเตอรโดยทไมตองตอสาย
หยานปง เหยา, ฮองยาน ซาง, เซง เกง ทมนกวจยจากCAS ปกกง, ประเทศจน ประกาศวาพวกเขาสามารถพฒนาตนแบบการชารจพลงงานไฟฟาไรสาย ดวยหลกการของ ควบคทางแมเหลกทสภาวะเรโซแนนซ พวกเขาสามารถชารจแบตเตอรโทรศพทมอถอแบบไรสาย แสดงถงความเปนไปไดในการสงก าลงไฟฟาไรสายบนทฤษฏ ควบคทางแมเหลกทสภาวะเรโซแนนซ เขาชารจมนบนโทรศพท โนเกย 5130 แตอยางไรกตามแบตเตอรของโทรศพทมขนาดเลกกวาแบตเตอรของรถยนตมาก ถาเราใชการออกแบบแบบเดยวกนน มาใชกบรถยนต กจะตองใชเวลานานมากในการชารจกวาจะเตม
ปเตอรฟชเชอร, โรเบรตมอฟแฟต , มารน โซลจาซก, องเดรยเคอส, จอหน โจนโนโมปลอสและ อรสทดส คาราลส ทมนกวจยจาก MIT ประกาศวา พวกเขาประสบความส าเรจในการสงก าลงไฟฟาไรสายผานอากาศไปยงโหลดทหางออกไปไกล 2 เมตร ซง เปนหลอดไฟขนาด 60 วตต ซงมประสทธภาพประมาณ 60% หลกการทพวกเขาใชกคอ การคปปลงทสภาวะเรโซแนนซ ระหวางขดลวด 2 ขด ทความถเรโซแนนทประมาณ 10 เมกะเฮรตซ แตอยางไรกตามวธการนกยงไมมความสามารถเพยงพอทจะน าไปใชกบรถยนตไฟฟาได
นากาซกะ , อารา, คาเนโกะ , อาเบะ และยาซดะ ทมนกวจยจาก มหาวทยาลยไซตามะ ประเทศญป น ประกาศวา พวกเขาประสบความส าเรจในการสงก าลงไฟฟาไรสายไปยงโหลดดวยก าลงไฟฟา 1500 วตต พวกเขามเทคโนโลยสองอยางทน ามาใช เทคโนโลยแรกคอ การก าหนดคาตวเกบประจทสภาวะเรโซแนนซ โดยตวเกบประจทฝงสงจะตอแบบอนกรม สวนตวเกบประจทฝงรบจะตอแบบขนาน สวนเทคโนโลยทสองคอ หมอแปลงทขดลวดทงสองขดพนรอบแกนสเหลยม
74
เพราะฉะนนจดประสงคของเรากคอ การพฒนาใหสามารถสงก าลงไฟฟาไดมากขนจนสามารถน าไปใชกบรถยนตไฟฟาได เพอการลดการใชเชอเพลงฟอสซล
2. ทฤษฎทเกยวของ 2.1 การเรโซแนนซระหวางดานสงและดานรบ วงจรเรโซแนนซประกอบไปดวยตวเกบประจกบขดลวดเหนยวน า ซงมผลตอไฟฟากระแสสลบ โดยเมอจายไฟฟากระแสสลบใหกบวงจรเรโซแนนซ ไมวาวงจรจะตอแบบอนกรมหรอขนาน ผลกคอ ถาคาความถสงคา XLจะมากและคา XCจะต า ซงสวนทางกน ดงน นคาความถทท าให XLและ XC มคาเทากน คาความถนนคอคาความถเรโซแนนซ ( f0 ) [1]
f0 = 1
2π√LC (1)
รปท 1 ผลของตวเหนยวน าและตวเกบประจตอกระแสสลบทความถตางๆ
เมอความถเรโซแนนซของดานฝงสงและฝงรบนนมคาเทากน จะเกดการถายเทพลงงานจากฝงสงไปยงฝงรบผานอากาศโดยผานการเหนยวน าของขดลวด
2.2 การเหนยวน าของขดลวดในการสงก าลงไฟฟาผานอากาศ ในการเหนยวน าจะเกดขนเมอมกระแสจายใหกบขดลวดจะเกดสนามแมเหลกตดผานขดลวด เกดเปนพลงงานแมเหลก ซงเสนแรงแมเหลกกจะคลองผานขดลวดอกฝง คอเกดฟลกซเกยวคลองกนท าใหสามารถเหนยวน าใหอกฝงเกดกระแสไฟฟาขนมาไหลไปยงโหลดทเราตองการหรอสามารถน าไปประจใหกบแบตเตอรรถยนตไฟฟาได
รปท 2 การเกดฟลกซเกยวคลองในขดลวด
ส าหรบแกนของขดลวดนนมอยหลายประเภท เชน แกนอากาศ แกนเฟอรไรทถาเปนแกนอากาศ จะเกดการเหนยวน านอยกวาชนดอนเนองจากคาความซมซาบทางแมเหลกมนอยจงใชแกนชนดทมคาความซมซาบทางแมเหลกมากกวา เชน แกนเฟอไรท
2.3 วงจรสมมลของวงจรสง และ วงจรรบ
รปท 3 วงจรสมมลของระบบสงไฟฟาแบบไรสาย
จากรปท 3 แสดงถงวงจรสมมลของระบบทความถเรโซแนนท และ พบวา ความตานทานขดลวด r1 r2 และ ความตานทานสญเสยในแกนเฟอรไรท มคานอยกวา ความตานทานรวม x0 และ ความตานทานรวไหล x2 ดงนนเราจงวาดวงจรสมมลขนมาใหมแบบงายๆตามรปท 4 [9]
รปท 4 วงจรสมมลอยางงายของระบบสงก าลงไฟฟาไรสาย
ประสทธภาพของวงจร () คอ [3],[11],[13]
η =RL
RL+r1
′
b2+r2[1+(RLxp
)2
]
(2)
และจะมประสทธภาพสงสดเมอ RL = RLmax [3],[11],[13]
RLmax= xp√
1
b2
r1′
r2+ 1 (3)
XL = 2πfL XC = 1
2πfC
f (Hz) f0 0
R
(ohm)
75
ηmax =1
1+2r2xp
√ 1
b2r1
′
r2+1
(4)
b =x0
′
x0′ +x2
(5)
3. การออกแบบการสงก าลงไฟฟาผานอากาศ 3.1 แหลงจายไฟฟากระแสตรง เราท าการแปลงกระแสไฟฟาสลบ 220 โวลท ไปเปนไฟฟากระแสตรง ซงประกอบไปดวย บรดจไดโอด กบ ตวเกบประจ 2200 ไมโครฟารด
3.2 อนเวอรเตอรความถสง เราใชมอสเฟตจ านวน 4 ตว เพอทจะแปลงจากไฟฟากระแสตรง
ไปเปนไฟฟากระสลบความถสง เพอทจะจายใหกบขดลวดสง ในรปแบบของกราฟรปคลนสเหลยม [6],[7],[8]
รปท 5 วงจรอนเวอรเตอร
จากรปท 5 หลกการทใชในการออกแบบอนเวอรเตอรความถสง ประกอบไปดวยการใชหมอแปลง220/18โวลท ไอซเบอร 7815 ส าหรบเรกเลเตอรแรงดน 5 โวลท ส าหรบจายให ออพโต ทแอลพ250 และ ไอซ เบอร 7905 จะเรกเลเตอร แรงดน -5 โวลท ส าหรบจายใหออพโต ทแอลพ250 และ มอสเฟตเบอร ไออารเอฟพ450 ส าหรบสวตชงความถสง ออพโต ทแอลพ250 ส าหรบขบเกต และ อารม เอสทเอม32วแอลดสคฟเวอร ส าหรบสรางสญญาณ พดบบลวเอม ผลการจ าลองอยในรปท 6 และ 7
รปท 6 กราฟแรงดนจากการจ าลอง
รปท 7 กราฟกระแสจากการจ าลอง
3.3 การออกแบบขดลวดฝงรบ และ สง ส าหรบขดลวดฝงสง ขดลวดจะสรางเสนแรงแมเหลกไฟฟาขนมาเพอ
สงพลงงานไปยงขดลวดรบโดยใชแกนเฟอรไรท และ เราเลอกใชตวเหนยวน าขนาด 0.19 มลลเฮนร ตอแบบอนกรม และ ตวเกบประจขนาด 180 นาโนฟารด [12] และส าหรบขดลวดฝงรบ ขดลวดจะไดรบเสนแรงแมเหลกไฟฟาจ านวนมากจากขดลวดอกอน และ มนจะท าการเปลยนเสนแรงแมเหลกไฟฟาไปเปนพลงงานไฟฟา [12] จาก
L=(NR)2
8R+11W μH (6)
โดย L = ความเหนยวน าของขดลวด มหนวยเปน ไมโครเฮนร R = รศมของขดลวด มหนวยเปนนว N = จ านวนรอบ W = ความกวางของขดลวด มหนวยเปนนว
30 60 90 120 150 180 210
µs 20
40
60
80
100
0
V
µs
30 60 90 120 150 180 0
4
8
12
16
20
A
76
รปท 8 ขดลวดฝงรบ และ สง ทออกแบบ
เราไดออกแบบขดลวดทงสองฝงในรปแบบของกนหอยรวมทงมการใชแกนเฟอรไรทเพอลดฟลกซรวไหล(Leakage flux) ชนดของตวน าเราเลอกใชลวดทองแดงแบบตเกลยวประกอบไปดวย 10 วงจรขนาน เพอลดความสญฌสยจากความตานทานในลวดตวน า[12],[14]
รปท 9 การเคลอนทของฟลกซแมเหลกระหวางขดลวดทงสองขด
รปท 10 ขดลวดทประกอบไปดวยแกนเฟอรไรท
3.4 การชารจแบตเตอรส าหรบรถยนตไฟฟา วงจรเรยงกระแสถอเปนสวนตอไปของวงจรฝงรบเพอทจะเปลยนไฟฟากระแสสลบทไดรบมาเปนไฟฟากระแสตรงส าหรบชารจแบตเตอร
รปท 11 ขดลวดฝงรบเมอตอกบวงจรเรยงกระแส
เนองจากทขดลวดฝงรบอาจมแรงดนสงถง 400โวลท หรอมากกวา ซงสงเกนไปส าหรบใชในการชารจแบตเตอร จงตองถกลดระดบแรงดนลงกอนชารจเขาแบตเตอร
4. ผลจากการทดลอง ประสทธภาพของระบบสงก าลงไฟฟาไรสายอาจจะหาไดจากประสทธภาพของวงจรสงก าลงไฟฟาไรสาย จากระยะทางของการสงก าลงไฟฟา และ ปรมาณก าลงไฟฟาทสงได ซงระบบทไดออกแบบมานน สามารถสงก าลงไฟฟาไดถง 504.18 วตต ดวยระยะทาง 4 เซนตเมตร ประสทธภาพ 72.98% A.การตดตงการทดลอง
ระบบสงก าลงไฟฟาไรสายไดถกตดตงเพอทดสอบตามรปท 12
77
รปท 12 การตดตงจดวางอปกรณเพอการทดสอบ B.ผลการทดลอง
ส าหรบการหาประสทธภาพของระบบ เราไดใชเพาเวอรมเตอรทผานการเทยบวดแลว ก าลงไฟฟาทเราจายเขาจาก หมอแปลงชนดปรบแทบไดจ านวน 811.29 วตต และ ไดรบพลงงานไฟฟาจากขดลวดรบจ านวน 504.18 วตต ทระยะทาง 4 เซนตเมตร After warm up this system ( 20 mins ) : Core 40 °C , Coil 50 °C Vdc is monitored by Scope(500 W) : 512.2 V Efficiency (%Ƞ) = Pout Pin ⁄ [13]
ตาราง ท 1 แสดงจ านวนก าลงไฟฟาขา เช า ก าลงไฟฟา ทได รบ ประสทธภาพ ทระยะทาง 4 เซนตเมตร ตารางท 1 ไดมาจากการทดลอง โดยตารางนจะแสดงคาความสมพนธระหวาง ก าลงไฟฟาขาเชา ก าลงไฟฟาทไดรบจากขดลวดรบ และ ประสทธภาพของระบบ ตวเหนยวน าทใชคอ 0.19 มลลเฮนร ตวเกบประจ 180 นาโนฟารด ความถเรโซแนนททตวเกบประจและตวเหนยวน าคอ 19.5 กโลเฮรตซ ระยะหางระหวางขดลวดรบและสงมระยะทาง4 เซนตเมตร
รปท 13 รปสญญาณจากอนเวอรเตอร
รปท 14 รปสญญาณจากขดลวดฝงรบ
รปท 15 รปสญญาณของโหลด 30 โอหม รปท13-15 แสดงรปแบบสญญาณแตละอยางของระบบ แกนเอกซ
คอ เวลา แกนวาย ในรปท 13 แสดงแรงดน กระแส และ ก าลงไฟฟาตกครอม ตวเหนยวน าและตวเกบประจ ทขดลวดฝงสง ตามล าดบ รปคลนสญญาณของ
Input Power (W)
139.38
254.42
388.68
525.36
690.83
Output Power (W)
100.38
202.95
301.48
403.57
504.18
Efficiency (%)
72.02
79.77
77.57
76.82
72.98
78
อนเวอรเตอรถกแสดงไวในรปท 14 แสดง แรงดน กระแส และ ก าลงไฟฟาทตกครอมขดลวดฝงรบ จะสงเกตไดวา รปสญญาณทกอยางอยในรปแบบไซนซอยดล และ ในรปท 15 แสดง แรงดน กระแส และ ก าลงไฟฟาตกครอมโหลดความตานทาน 30 โอหม
รปท 16 ความสมพนธระหวาง ก าลงไฟฟาเขา กบ ก าลงไฟฟาออกทระยะหาง 4 เซนตเมตร
รปท 17 ความสมพนธระหวางก าลงไฟฟาออก กบ ประสทธภาพ ทระยะหาง 4 เซนตเมตร
รปท 18 ความสมพนธระหวางระยะหางในแนวแกน Z กบ ประสทธภาพ
รปท 19 ความสมพนธระหวางระยะหางตามแนวแกน X กบ ประสทธภาพ
5.สรปผลการทดลอง
ในอนาคตอนใกลเชอเพลงฟอสซลแบบด งเดมจะไมเพยงพอกบประชากร ดงนนพลงงานไฟฟาจงเปนทางเลอกทส าคญ รถยนตหลายคนไดมการน าพลงงานไฟฟาไปใชในการขบเคลอน และ เราจะสามารถชารจรถยนตเหลานนดวยระบบสงก าลงไฟฟาไรสาย จากผลการทดลองของเราพบวามความเปนไปไดทจะสงก าลงไฟฟาไรสายผานอากาศไปยงแบตเตอรของรถยนต โดยตวแปรตางๆในการทดลองไดแกความถ,ตวเหนยวน า,ตวเกบประจ,การแมตชงอมพแดนซ,การเปลยนแปลงของโหลด ประสทธภาพของระบบจะขนอยกบวงจรเรโซแนนทของขดลวด ประสทธภาพทจดสงสดมคา 79.77% ดวยระยะแกน 4 เซนตเมตร แสดงวา ผลการทดลองทเกดขนมความสอดคลองกบทฤษฏทใช
0
100
200
300
400
500
600
139.38 254.42 388.68 525.36 690.83
Ou
tpu
t P
ow
er
(W)
Input Power (W)
0102030405060708090
100
100.38 202.95 301.48 403.57 504.18
ประส
ทธภาพ
(%)
ก าลงไฟฟาขาออก (วตต)
0
20
40
60
80
100
4 5 6 7 8 9 10
ประส
ทธภาพ (%
)
ระยะทางทเลอนไปตามแกน z (เซนตเมตร)
0
20
40
60
80
2 4 6 8
ประส
ทธภาพ (%
)
ระยะทางทเลอนไปตามแกน x (เซนตเมตร)
79
เอกสารอางอง
[1] Werachet Khan-Ngern and Wutthiphol Tharateeraset, 9th published , 162 Moo 4 Ratphatthana Rd, Bangpakok Ratburana Bangkok 10140 : VJ Printing Limited part , 2009
[2] S. Sheik Mohammed, K. Ramasamy and T. Shanmuganantham, “Wireless Power Transmission – A Next Generation Power Transmission System”, International Journal of Computer Applications (0975-8887), Vol. 1 No.13, 2012, pp. 100-103.
[3] Hiroya Takanashi, Yukiya Sato, Yasuyoshi Kaneko, Shigeru Abe and Tomio Yasuda, “A large air gap 3 kW wireless power transfer system for electric vehicles”, Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2012 IEEE., 2012, pp. 269-274.
[4] Ki Young Kim, “ Wireless Power Transfer – Principles and Engineering Explorations ”, Janeza Trdine 9, 51000 Rijeka, Croatia, Intech, 2012.
[5] H. Zenkner and W. Khan-ngern, “High Power Density and High Efficient Wireless Energy Transfer by Resonance Coupling”, Electrical Engineering /Electronics Computer Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON), 2010 International Conference on., 2010, pp. 1281-1284
[6] Dr. Morris Kesler, “Highly Resonant Wireless Power Transfer : Safe, Efficient, and over Distance”, Witricity Corporation Magazine, 2013, pp. 1-32
[7] B.-J. Jang, S. Lee, and H. Yoon, “HF-BAND WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM : CONCEPT, ISSUES, AND DESIGN”, Progress In Electromagnetics Research, Vol. 124, No.211-231, 2012, pp. 1-21
[8] A. James Swart, H. Christo vZ. Pienaar and Mike J. Case, “A Radio Frequency Mosfet driver”, AFRICON, 2004. 7th AFRICON Conference in Africa, Vol. 1, 2004, pp. 543-546
[9] Yanping Yao ; Hongyan Zhang ; Zheng Geng , “Wireless charger prototype based on strong coupled magnetic resonance”,Electronic and Mechanical Engineering and Information Technology (EMEIT), 2011 International Conference , Vol.5 , 2011 , pp. 2252-2254
[10] Kawamura , Y.; Shoyama, M., “Wireless power transmission using LC
cancellation”, ECCE Asia Downunder (ECCE Asia), 2013 IEEE., 2013, pp. 1041-1045
[11] Moshfegh, J. ; Shahabadi, M. ; Rashed-Mohassel, J., “Conditions of maximum efficiency for wireless power transfer between two helical wires”, Microwaves, Antennas & Propagation , IET, Vol.5, 2011, pp. 545-550
[12] Jiseong Kim ; Jonghoon Kim ; Sunkyu Kong ; Hongseok Kim ; In-Soo Suh ; Nam Pyo Suh ; Dong-Ho Cho ; Joungho Kim ; Seungyoung AHn. “Coil Design and Shielding Methods for a Magnetic Resonant Wireless Power Transfer System”, Proceedings of the IEEE, Vol.101, 2013, pp. 1332-1342.
[13] JinWook Kim ; Hyeon-Chang Son ; Kwan-Ho Kim ; Young-Jin Park, “Efficiency Analysis of Magnetic Resonance Wireless Power Transfer With Intermediate Resonant Coil”, Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE, Vol.10, 2011, pp. 389-392.
[14] Dukju Ahn ; Songcheol Hong , “A Transmitter or a Receiver Consisting of Two Strongly Coupled Resonators for Enhanced Resonant Coupling in Wireless Power Transfer”, Industrial Electronics, IEEE Transactions, Vol.61, Issue 3, 2014, pp. 1193-1203.
[15] Di Tommaso, A.O.; Genduso, F.; Miceli, R., “A small power transmission prototype for electric vehicle wireless battery charge applications”, Renewable Energy Research and Applications (ICRERA), 2012 International Conference, 2012, pp. 1-6.
80
ประวตผเขยน
ชอ – นามสกล นายภทรธร เผาจนดา
วนเดอนปเกด 31 มนาคม พ.ศ. 2535
ทอย 62 สขมวท 62 แยก 7 แขวงบางจาก
เขตพระโขนง กรงเทพมหานคร 10260
ประวตการศกษา
ปการศกษา 2556 ส าเรจการศกษาวศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวศวกรรมไฟฟา
สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง
ปการศกษา 2552 ส าเรจการศกษาระดบมธยมศกษาตอนปลาย
โรงเรยนพระโขนงพทยาลย
ฝกงานภาคฤดรอน การไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย
ระหวางวนท 1 เมษายน 2556 ถง 31 พ.ค.2556
81
ประวตผเขยน (ตอ)
ชอ – นามสกล นายภาณ มทธวรตน
วนเดอนปเกด 11 ตลาคม พ.ศ. 2534
ทอย 19/5 ม.1 ต าบลไมงาม อ าเภอเมอง
จงหวดตาก 63000
ประวตการศกษา
ปการศกษา 2556 ส าเรจการศกษาวศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวศวกรรมไฟฟา
สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง
ปการศกษา 2552 ส าเรจการศกษาระดบมธยมศกษาตอนปลาย
โรงเรยนผดงปญญา
ฝกงานภาคฤดรอน การไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย
ระหวางวนท 1 เมษายน 2556 ถง 31 พ.ค.2556
82
ประวตผเขยน (ตอ)
ชอ – นามสกล นายภธร สขวณช
วนเดอนปเกด 9 ตลาคม พ.ศ. 2535
ทอย 701/22 ซอยกม.24 ถนนพหลโยธน สายไหม
กรงเทพมหานคร 10220
ประวตการศกษา
ปการศกษา 2556 ส าเรจการศกษาวศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวศวกรรมไฟฟา
สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง
ปการศกษา 2552 ส าเรจการศกษาระดบมธยมศกษาตอนปลาย
โรงเรยนสารวทยา
ฝกงานภาคฤดรอน การไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย
ระหวางวนท 1 เมษายน 2556 ถง 31 พ.ค.2556
83
ประวตผเขยน (ตอ)
ชอ-นามสกล นายราชการ สวจสวรรณ
วน เดอน ปเกด 15 ธนวาคม พ.ศ.2534
ทอย 25 ถนนสรอยสวรรณ
ต าบลวดใหม อ าเภอเมอง
จงหวดจนทบร 22000
ประวตการศกษา
ปการศกษา 2556 ส าเรจการศกษาวศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวศวกรรมไฟฟา
สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง
ปการศกษา 2552 ส าเรจการศกษาระดบมธยมศกษาตอนปลาย
โรงเรยนสตรมารดาพทกษ จงหวดจนทบร
ฝกงานภาคฤดรอน การไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย ฝายกอสรางระบบสง
กองตดตงอปกรณไฟฟา ระหวางวนท 1 เมษายน 2556 ถง 31 พ.ค.2556