ভাষা নির্বাচন করুন

WKY-Haq অসিলেটর: ইন্ডাকটিভ পাওয়ার ট্রান্সফার সিস্টেমের জন্য একটি অভিনব শক্তি উৎস

নিম্ন-ফ্রিকোয়েন্সি ইন্ডাকটিভ পাওয়ার ট্রান্সফারের জন্য WKY-Haq অসিলেটর ডিজাইনের বিশ্লেষণ, যাতে পরীক্ষামূলক ফলাফল, দক্ষতা বিশ্লেষণ এবং ভবিষ্যতের প্রয়োগ অন্তর্ভুক্ত।
wuxianchong.com | PDF Size: 0.5 MB
রেটিং: 4.5/5
আপনার রেটিং
আপনি ইতিমধ্যে এই ডকুমেন্ট রেট করেছেন
PDF ডকুমেন্ট কভার - WKY-Haq অসিলেটর: ইন্ডাকটিভ পাওয়ার ট্রান্সফার সিস্টেমের জন্য একটি অভিনব শক্তি উৎস

সূচিপত্র

1. ভূমিকা

ওয়্যারলেস পাওয়ার ট্রান্সফার (WPT) শারীরিক সংস্পর্শ ছাড়াই বায়ু ফাঁক জুড়ে বৈদ্যুতিক শক্তি প্রেরণ করতে সক্ষম করে, যা সম্প্রতি ওয়্যারলেস চার্জিংয়ের মতো প্রয়োগের ক্ষেত্রে উল্লেখযোগ্য গতি পেয়েছে। যদিও এই ধারণাটি ১৮৯৩ সালে টেসলার পরীক্ষায় ফিরে যায়, ক্ষুদ্রায়িত ডিভাইস এবং ওয়্যারলেস যোগাযোগে আধুনিক অগ্রগতি আগ্রহ পুনরুজ্জীবিত করেছে। WPT ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বিকিরণ ব্যবহার করে ফার-ফিল্ড রেডিয়েটিভ সিস্টেম বা বৈদ্যুতিক বা চৌম্বক ক্ষেত্র ব্যবহার করে নিয়ার-ফিল্ড রিঅ্যাকটিভ সিস্টেমের মাধ্যমে অর্জন করা যেতে পারে।

এই গবেষণাপত্রটি ইন্ডাকটিভ পাওয়ার ট্রান্সফার (IPT)-এর উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে, যা চৌম্বকীয় নিয়ার ফিল্ডে (MNF) কাজ করে এবং মাইকেল ফ্যারাডে আবিষ্কৃত ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইন্ডাকট্যান্সের উপর নির্ভরশীল। IPT সবচেয়ে কার্যকর এবং নিরাপদ পদ্ধতিগুলির মধ্যে একটি হিসাবে বিবেচিত হয়, যার বায়োমেডিক্যাল ডিভাইসে (যেমন, পেসমেকার) গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগ রয়েছে যেখানে ব্যাটারি প্রতিস্থাপন সমস্যাযুক্ত। সিস্টেমটির একটি ট্রান্সমিটার কয়েলের মাধ্যমে সময়-পরিবর্তনশীল চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করতে একটি অসিলেটিং কারেন্ট সোর্স, যেমন একটি ইনভার্টার বা অসিলেটর, প্রয়োজন।

2. পরীক্ষামূলক কাজ

পরীক্ষামূলক কাজে IPT সিস্টেমের জন্য একটি নতুন অসিলেটর ডিজাইন এবং পরীক্ষা জড়িত। WKY-Haq নামক অসিলেটরটি একটি IC LM7171 অপারেশনাল অ্যামপ্লিফায়ার ব্যবহার করে তৈরি করা হয়েছিল। নামটি প্রকল্পের নেতৃত্বদানকারী (ওয়াহাব, খলিল, ইউসুফ) এবং বেঙ্গাজি বিশ্ববিদ্যালয়ের ড. শামস আল-হকের প্রতি সম্মান জানায়।

2.1. WKY-Haq অসিলেটর ডিজাইন

WKY-Haq অসিলেটরটি নিম্ন ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে যা IPT প্রয়োগের জন্য উপযুক্ত। এটি নিয়ন্ত্রণযোগ্য ফ্রিকোয়েন্সি সহ স্থিতিশীল দোলন উৎপাদন করতে কনফিগার করা স্ট্যান্ডার্ড ইলেকট্রনিক উপাদান ব্যবহার করে। ডিজাইনটি ইন্ডাকটিভ লোড চালানোর জন্য সরলতা, নির্ভরযোগ্যতা এবং দক্ষতাকে অগ্রাধিকার দেয়।

2.2. গাণিতিক সম্পর্ক

অসিলেটরের ফ্রিকোয়েন্সি সামঞ্জস্য করার জন্য একটি আনুমানিক গাণিতিক সম্পর্ক পরীক্ষামূলকভাবে উদ্ভূত করা হয়েছিল। ফ্রিকোয়েন্সি ফিডব্যাক নেটওয়ার্কে রোধক এবং ক্যাপাসিটরের মানের উপর নির্ভর করে। সম্পর্কটি নিম্নরূপ প্রকাশ করা যেতে পারে:

$f \approx \frac{1}{2\pi R C}$

যেখানে $R$ এবং $C$ হল সমালোচক সময় নির্ধারণকারী উপাদান। ব্যবহারিক বাস্তবায়নের জন্য এই আনুমানিক মান পরিমার্জন করতে পরীক্ষামূলক ক্রমাঙ্কন করা হয়েছিল।

3. পরীক্ষামূলক সেটআপ ও ফলাফল

IPT সিস্টেমটি WKY-Haq অসিলেটরকে শক্তি উৎস হিসাবে ব্যবহার করে তৈরি করা হয়েছিল। সিস্টেমটি সিরিজ-সিরিজ (SS) টপোলজি ব্যবহার করেছিল, যেখানে ট্রান্সমিটার এবং রিসিভার সার্কিট উভয়ই ক্যাপাসিটর দিয়ে সিরিজ-টিউন করা হয়।

3.1. IPT সিস্টেম কনফিগারেশন

সেটআপটি নিয়ে গঠিত:

অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি ৭৭.৬৬ kHz-এ টিউন করা হয়েছিল, একটি নিম্ন ফ্রিকোয়েন্সি যা বিকিরণ ক্ষতি কমাতে এবং সাধারণ IPT ব্যান্ড নিয়ম মেনে চলতে বেছে নেওয়া হয়েছিল।

3.2. দক্ষতা পরিমাপ

সিস্টেমের দক্ষতা ($\eta$) লোডে সরবরাহ করা শক্তি (Pout) এবং অসিলেটরে সরবরাহ করা ইনপুট শক্তির (Pin) অনুপাত হিসাবে গণনা করা হয়েছিল:

$\eta = \frac{P_{out}}{P_{in}} \times 100\%$

প্রধান ফলাফল:

4. প্রযুক্তিগত বিশ্লেষণ ও আলোচনা

WKY-Haq অসিলেটর নিম্ন-ফ্রিকোয়েন্সি IPT-এর জন্য একটি যোগ্য শক্তি উৎস হিসাবে প্রমাণিত হয়েছে। এর শক্তি এর সরলতা এবং পরীক্ষামূলকভাবে উদ্ভূত ফ্রিকোয়েন্সি সামঞ্জস্য সম্পর্কের মধ্যে নিহিত, যা সুনির্দিষ্ট টিউনিংয়ের অনুমতি দেয়। ৭৭.৬৬ kHz-এর পছন্দটি কৌশলগত, যা ভাল চৌম্বকীয় কাপলিং (যা নিম্ন ফ্রিকোয়েন্সির সাথে উন্নত হয়) এবং ব্যবহারিক উপাদানের আকার (যা খুব কম ফ্রিকোয়েন্সিতে বড় হয়ে যায়) এর মধ্যে ভারসাম্য বজায় রাখে এমন একটি পরিসরে অবস্থিত।

রিসিভার কয়েল পাক এবং দক্ষতার মধ্যে স্পষ্ট পারস্পরিক সম্পর্ক IPT-এর একটি মৌলিক নীতি তুলে ধরে: কয়েলগুলির মধ্যে পারস্পরিক ইন্ডাকট্যান্স ($M$), যা তাদের জ্যামিতি এবং সারিবদ্ধতা দ্বারা নিয়ন্ত্রিত, সর্বাধিক গুরুত্বপূর্ণ। SS টপোলজি এই প্রয়োগের জন্য ভালভাবে উপযুক্ত কারণ এটি ইন্ডাকটিভ রিঅ্যাকট্যান্সের জন্য অন্তর্নিহিত ক্ষতিপূরণ প্রদান করে, যা শক্তি স্থানান্তর সহজতর করে।

5. মূল বিশ্লেষণ: কেন্দ্রীয় অন্তর্দৃষ্টি ও মূল্যায়ন

কেন্দ্রীয় অন্তর্দৃষ্টি: বেঙ্গাজি দলের কাজ একটি বিপ্লবী অসিলেটর সার্কিটের চেয়ে কম এবং বেশি একটি ব্যবহারিক, প্রয়োগ-নির্দিষ্ট বৈধতা অনুশীলন। প্রকৃত মূল্য হল এটি প্রদর্শন করা যে একটি সরল, টিউনযোগ্য অসিলেটর একটি নির্দিষ্ট, নিম্ন-ফ্রিকোয়েন্সি অপারেটিং পয়েন্টে (৭৭.৬৬ kHz) কার্যকরভাবে IPT সক্ষম করতে পারে। এটি জটিল, উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি রেজোন্যান্ট কনভার্টার সর্বদা প্রয়োজনীয় এই ধারণাকে চ্যালেঞ্জ করে, বিশেষ প্রয়োগের জন্য একটি "সরল রাখুন" পদ্ধতিকে তুলে ধরে।

যুক্তিসঙ্গত প্রবাহ: গবেষণাপত্রটি একটি স্ট্যান্ডার্ড প্রয়োগকৃত গবেষণা পথ অনুসরণ করে: একটি প্রয়োজনীয়তা চিহ্নিত করা (নির্ভরযোগ্য IPT শক্তি উৎস), একটি সমাধান প্রস্তাব করা (কাস্টম অসিলেটর), এর নিয়ন্ত্রক গণিত উদ্ভূত করা, একটি টেস্টবেড তৈরি করা (SS-টপোলজি IPT), এবং মূল মেট্রিক (দক্ষতা) পরিমাপ করা। যুক্তিসঙ্গত লাফ হল কাপলিং সহগ ($k$) বা গুণমান গুণক ($Q$) এর গভীর বিশ্লেষণ এড়িয়ে সরাসরি কয়েল পাককে দক্ষতার সাথে সংযুক্ত করা, যা Kurs et al.-এর মতো সাহিত্যে স্ট্যান্ডার্ড। চৌম্বকীয় অনুরণনের মাধ্যমে ওয়্যারলেস পাওয়ার ট্রান্সফার সম্পর্কিত মৌলিক কাজ।

শক্তি ও ত্রুটি: শক্তি হল হাতে-কলমে, অভিজ্ঞতামূলক বৈধতা যাতে স্পষ্ট, পুনরুৎপাদনযোগ্য ফলাফল রয়েছে। অসিলেটর ডিজাইনটি অ্যাক্সেসযোগ্য। প্রধান ত্রুটি হল তুলনামূলক বিশ্লেষণের অভাব। একই ভূমিকায় একটি স্ট্যান্ডার্ড Wien-bridge বা phase-shift অসিলেটরের তুলনায় WKY-Haq-এর দক্ষতা এবং স্থিতিশীলতা কেমন? গবেষণাপত্রটি ৭৭ kHz-এ ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইন্টারফারেন্স (EMI) এবং তাপীয় কর্মক্ষমতা সম্পর্কে সমালোচনামূলক আলোচনাও বাদ দেয়, যা বাস্তব-বিশ্বের স্থাপনার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, বিশেষ করে লেখকদের দ্বারা উল্লিখিত মেডিকেল ইমপ্লান্টে।

কার্যকরী অন্তর্দৃষ্টি: অনুশীলনকারীদের জন্য, এই গবেষণাপত্রটি একটি IPT প্রোটোটাইপ বুটস্ট্র্যাপ করার জন্য একটি দরকারী নীলনকশা। কার্যকরী উপলব্ধি হল রিসিভার কয়েল পাকের প্রতি প্রদর্শিত সংবেদনশীলতা—অপ্টিমাইজেশনের জন্য একটি সস্তা এবং কার্যকর লিভার। যাইহোক, পণ্য উন্নয়নের জন্য, আরও কঠোর কাঠামো থেকে অনুসন্ধানগুলিকে একীভূত করতে হবে। উদাহরণস্বরূপ, ওয়্যারলেস পাওয়ার কনসোর্টিয়াম দ্বারা পরিচালিত Qi ওয়্যারলেস চার্জিং স্ট্যান্ডার্ডটি উচ্চতর ফ্রিকোয়েন্সিতে (১০০-২০৫ kHz) নিরাপত্তা এবং দক্ষতার জন্য পরিশীলিত যোগাযোগ প্রোটোকল সহ কাজ করে। বেঙ্গাজি পদ্ধতির ল্যাব বেঞ্চ থেকে একটি বাণিজ্যিক বা চিকিৎসা পণ্যে যাওয়ার জন্য উল্লেখযোগ্য শক্তিশালীকরণ (প্রতিরক্ষা, নিয়ন্ত্রণ লুপ, সম্মতি পরীক্ষা) প্রয়োজন হবে। ভবিষ্যতের দিকনির্দেশে এই অসিলেটরকে অভিযোজিত ইমপিডেন্স-ম্যাচিং নেটওয়ার্কের সাথে একীভূত করা জড়িত থাকবে, যেমন MIT বা Stanford-এর মতো প্রতিষ্ঠানের উন্নত গবেষণায় দেখা যায়, পরিবর্তনশীল কাপলিং অবস্থার মধ্যে দক্ষতা বজায় রাখার জন্য—গতিশীল চার্জিং প্রয়োগের জন্য একটি মূল চ্যালেঞ্জ।

6. প্রযুক্তিগত বিবরণ ও গাণিতিক সূত্রায়ন

IPT সিস্টেম বিশ্লেষণের মূল রেজোন্যান্ট ফ্রিকোয়েন্সি এবং পারস্পরিক ইন্ডাকট্যান্স জড়িত।

রেজোন্যান্ট ফ্রিকোয়েন্সি: একটি সিরিজ RLC সার্কিটের জন্য, রেজোন্যান্ট ফ্রিকোয়েন্সি $f_0$ নিম্নরূপ দেওয়া হয়:

$f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$

ট্রান্সমিটার এবং রিসিভার সার্কিট উভয়ই এই ফ্রিকোয়েন্সিতে (৭৭.৬৬ kHz) টিউন করা হয়েছে যাতে শক্তি স্থানান্তর সর্বাধিক করা যায়।

পারস্পরিক ইন্ডাকট্যান্স ও কাপলিং: দুটি কয়েলের মধ্যে পারস্পরিক ইন্ডাকট্যান্স $M$ তাদের জ্যামিতি, পাক সংখ্যা ($N_T$, $N_R$), এবং কাপলিং সহগ $k$ (0 ≤ k ≤ 1) এর একটি ফাংশন:

$M = k\sqrt{L_T L_R}$

রিসিভার কয়েলে প্ররোচিত ভোল্টেজ হল $V_R = j\omega M I_T$, যেখানে $I_T$ হল ট্রান্সমিটার কারেন্ট এবং $\omega = 2\pi f$।

দক্ষতা উদ্ভব (সরলীকৃত): একটি আলগাভাবে কাপল্ড সিরিজ-সিরিজ সিস্টেমের জন্য, দক্ষতা আনুমানিক হিসাবে প্রকাশ করা যেতে পারে:

$\eta \approx \frac{(\omega M)^2 R_L}{R_T R_R R_L + (\omega M)^2 (R_R + R_L)}$

যেখানে $R_T$ এবং $R_R$ হল কয়েলগুলির পরজীবী রোধ। এটি দেখায় কেন $M$ বৃদ্ধি করা (যেমন, আরও রিসিভার পাকের মাধ্যমে) সরাসরি $\eta$ উন্নত করে।

7. ফলাফল ও চার্ট বর্ণনা

চিত্র (১): IPT সিস্টেমের চিত্র। একটি ব্লক ডায়াগ্রাম সিস্টেমের প্রবাহ চিত্রিত করে: একটি DC পাওয়ার সোর্স WKY-Haq অসিলেটর (DC-AC কনভার্টার)-এ খাওয়ানো হয়। অসিলেটরের AC আউটপুট ট্রান্সমিটার রেজোন্যান্ট সার্কিট (একটি ইন্ডাক্টর LT এবং ক্যাপাসিটর CT সিরিজে নিয়ে গঠিত) চালায়। LT-এ বিকল্প কারেন্ট একটি অসিলেটিং চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে। এই ক্ষেত্রটি একটি বায়ু ফাঁক জুড়ে রিসিভার রেজোন্যান্ট সার্কিট (ইন্ডাক্টর LR এবং ক্যাপাসিটর CR সিরিজে) এর সাথে কাপল করে, একটি AC ভোল্টেজ প্ররোচিত করে। প্রাপ্ত শক্তি তারপর লোড (RL)-এ সরবরাহ করা হয়।

মূল ফলাফল (পাঠ্য): পরীক্ষামূলক তথ্য নিশ্চিত করেছে যে সিস্টেমটি ৭৭.৬৬ kHz-এ অপারেশনাল স্থিতিশীলতা অর্জন করেছে। দক্ষতাকে প্রভাবিতকারী প্রাথমিক কারণ ছিল রিসিভার কয়েলের পাক সংখ্যা। রিসিভার কয়েলের পাক সংখ্যা বাড়ানো হলে দক্ষতার উল্লেখযোগ্য বৃদ্ধি লক্ষ্য করা গেছে, যা পারস্পরিক ইন্ডাকট্যান্সের তাত্ত্বিক গুরুত্বকে বৈধতা দেয়। বিভিন্ন পাক কনফিগারেশনের অধীনে নির্দিষ্ট দক্ষতা মানগুলি পরিমাপ করা হয়েছিল, যা সিস্টেমের কর্মক্ষমতার ব্যবহারিক টিউনযোগ্যতা প্রদর্শন করে।

8. বিশ্লেষণ কাঠামো: উদাহরণ কেস

পরিস্থিতি: একটি ছোট, ইমপ্লান্টেড বায়োমেডিক্যাল সেন্সরে (যেমন, গ্লুকোজ মনিটর) শক্তি স্থানান্তর অপ্টিমাইজ করা।

কাঠামো প্রয়োগ (নন-কোড):

  1. সীমাবদ্ধতা সংজ্ঞায়িত করুন: খুব ছোট রিসিভার কয়েল আকার (LR সীমিত), ক্ষেত্র শক্তির উপর কঠোর নিরাপত্তা সীমা, কম তাপ উৎপাদনের প্রয়োজন।
  2. গবেষণাপত্রের অন্তর্দৃষ্টি প্রয়োগ করুন: WKY-Haq পরীক্ষা দ্বারা প্রদর্শিত হিসাবে, $M$ এবং দক্ষতা বাড়াতে আকারের সীমাবদ্ধতার মধ্যে রিসিভার কয়েল পাক সর্বাধিক করুন।
  3. গবেষণাপত্রের বাইরে প্রসারিত করুন: কর্মক্ষমতা মডেল করতে উদ্ভূত দক্ষতা সমীকরণ ব্যবহার করুন। ANSYS Maxwell বা COMSOL-এর মতো সফ্টওয়্যার ব্যবহার করে বিভিন্ন কয়েল জ্যামিতি (যেমন, সর্পিল বনাম সোলেনয়েড) দিয়ে সিমুলেট করুন যাতে সর্বোত্তম $k$ এবং $Q$ ফ্যাক্টর খুঁজে পাওয়া যায়, মূল গবেষণাপত্রে বিস্তারিত নেই এমন পদক্ষেপ।
  4. বেঞ্চমার্ক: সরল অসিলেটর ব্যবহার করে পূর্বাভাসিত দক্ষতাকে আধুনিক ইমপ্লান্টেবল ডিভাইসে ব্যবহৃত আরও পরিশীলিত, ফ্রিকোয়েন্সি-হপিং স্কিমের বিরুদ্ধে তুলনা করুন যাতে মিসঅ্যালাইনমেন্ট সমস্যা প্রশমিত করা যায়।
  5. সিদ্ধান্ত: WKY-Haq পদ্ধতি একটি নির্দিষ্ট-অবস্থান, কম-শক্তির ইমপ্লান্টের জন্য যথেষ্ট হতে পারে কিন্তু বাস্তব-বিশ্বের দৃঢ়তার জন্য অভিযোজিত টিউনিংয়ের সাথে সংযোজন প্রয়োজন হবে।

9. ভবিষ্যতের প্রয়োগ ও উন্নয়ন

WKY-Haq অসিলেটর এবং সংশ্লিষ্ট IPT গবেষণা বেশ কয়েকটি ভবিষ্যতের দিকনির্দেশ খুলে দেয়:

10. তথ্যসূত্র

  1. Kurs, A., Karalis, A., Moffatt, R., Joannopoulos, J. D., Fisher, P., & Soljačić, M. (2007). Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances. Science, 317(5834), 83-86.
  2. Wireless Power Consortium. (2023). Qi Wireless Power Transfer System Specification. Retrieved from https://www.wirelesspowerconsortium.com
  3. Sample, A. P., Meyer, D. A., & Smith, J. R. (2011). Analysis, experimental results, and range adaptation of magnetically coupled resonators for wireless power transfer. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 58(2), 544-554.
  4. IEEE Standard for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Electric, Magnetic, and Electromagnetic Fields, 0 Hz to 300 GHz. (2019). IEEE Std C95.1-2019.
  5. RamRakhyani, A. K., Mirabbasi, S., & Chiao, M. (2011). Design and optimization of resonance-based efficient wireless power delivery systems for biomedical implants. IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, 5(1), 48-63.
  6. University of Tokyo, Shouhei Research Group. (2022). Metamaterials for Enhanced Wireless Power Transfer. Retrieved from [Example Institutional Link].