การพัฒนาตัวเก็บประจุอันดับเศษส่วนในระบบส่งกำลังแบบไร้สายสำหรับการอัดประจุยานยนต์ไฟฟ้า

   ในปัจจุบันได้มีการตระหนักถึงปัญหาด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อมของโลก อีกทั้งความต้องการการใช้พลังงานสูงขึ้น พลังงานปิโตรเลียมที่มีอยู่อย่างจำกัด ทำให้มีราคาต้นทุนสูงขึ้น ส่งผลกระทบโดยรวมต่อภาคการผลิต, ระบบขนส่ง, และระบบสาธารณูปโภคของประเทศ ด้วยเหตุนี้การใช้ยานยนต์ไฟฟ้าจึงมีแนวโน้มสูงขึ้น อีกทั้งเป็นการขานรับนโยบาย Carbon Neutrality ด้วยเหตุนี้เองการพัฒนาระบบโครงสร้างพื้นฐานเพื่อรองรับการขยายตัวของจำนวนผู้ใช้ยานยนต์ไฟฟ้าจึงเป็นสิ่งที่จำเป็น ซึ่งวิธีการอัดประจุที่นิยมใช้คือการเสียบสายโดยตรง ซึ่งมีข้อจำกัดในเรื่องของพื้นที่ติดตั้ง อาจไม่สามารถติดตั้งกลางแจ้ง หรือ ใช้งานในขณะที่ฝนตก นอกจากนี้ความไม่เป็นระเบียบเรียบร้อยของสายเคเบิ้ลเป็นข้อจำกัดของการติดตั้ง นำไปสู่การพัฒนาระบบส่งกำลังไฟฟ้าแบบไร้สาย ซึ่งในปัจจุบันได้มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องจนประสิทธิภาพต่ำกว่าการส่งกำลังผ่านตัวนำเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

ขีดจำกัดของการส่งกำลังไฟฟ้าไร้สายสำหรับยานยนต์ไฟฟ้า หรือ การอัดประจุไร้สายสำหรับยานยนต์ไฟฟ้าคือ การทำงานภายใต้สภาวะตำแหน่งที่คลาดเคลื่อน ซึ่งจะไม่สามารถรักษาระดับกระแสไฟฟ้าฝั่งทุติยภูมิ หรือ ฝั่งยานยนต์ไฟฟ้าให้คงที่ได้ โดยกระแสจะลดลงตามตำแหน่งที่คลาดเคลื่อนออกไป นำไปสู่การชดเชยโดยการใช้วงจรเรโซแนนซ์ หรือ วงจรชดเชยโดยการใช้ตัวเก็บประจุร่วมกับขดลวด ซึ่งวงจรพื้นฐานที่นิยมใช้มีอยู่ด้วยกัน 4 ชนิด คือ วงจรอนุกรม-อนุกรม (SS), วงจรอนุกรม-ขนาน (SP), วงจรขนาน-อนุกรม (PS), และ วงจรขนาน-ขนาน (PP) ซึ่งแต่ละวงจรจะมีคุณสมบัติกระแสคงที่ (CC) หรือ แรงดันคงที่ (CV) ทั้งสองอย่าง หรือ อย่างใดอย่างหนึ่ง อาจเกิดที่ความถี่ต่างกัน ซึ่งจะคงที่ภายใต้ตำแหน่งของขดลวดตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งเท่านั้น หากตำแหน่งคาดเคลื่อนออกไป จะต้องเปลี่ยนค่าตัวเก็บประจุฝั่งปฐมภูมิใหม่เพื่อชดเชยทำให้อัตราขยายกระแสกลับมาเท่าเดิม

ด้วยเหตุนี้ ในโครงการวิจัยนี้ได้มีแนวความคิดที่จะปรับค่าตัวเก็บประจุแบบพลวัต โดยการประยุกต์ใช้งานวงจรอันดับเศษส่วน (Fractional Order Circuit) ทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุเสมือน โดยสามารถปรับค่าตัวเก็บประจุได้ขณะที่นำกระแสอยู่ หลักการทำงานของวงจรอันดับเศษส่วนคือ การปรับอันดับของวงจรที่สามารถเขียนอยู่ในสมการอนุพันธ์ ให้มีอันดับของอนุพันธ์ที่ไม่เป็นจำนวนเต็ม โดยผลของการปรับอันดับนี้ สามารถทำให้ปรับปรุงค่าความต้านทานจริง และ รีแอกแตนซ์ ได้ ส่งผลทำให้เกิดข้อดีเช่น

• สามารถคงไว้ซึ่งสภาวะกระแสคงที่ และ สามารถทนต่อสภาวะตำแหน่งที่คลาดเคลื่อนได้มากขึ้น
• ปรับอิมพีแดนซ์รวมของระบบเพื่อทำให้ประสิทธิภาพการอัดประจุสูงสุด
• สามารถปรับค่าตัวประกอบกำลังเพื่อที่จะทำให้เกิด หรือ ไม่เกิด ปรากฏการณ์จุดแยกสองรากได้ โดยทั้งหมดนี้สามารถควบคุมได้จากฝั่งปฐมภูมิ

            จะเห็นได้ว่าเทคโนโลยีการประยุกต์ใช้งานวงจรอันดับเศษส่วน หรือ การใช้งานตัวเก็บประจุอันดับเศษส่วน เป็นประเด็น และ โจทย์วิจัยที่ใหม่ และ มีประโยชน์อย่างมากกับการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถควบคุมได้ นอกจากนี้ยังสามารถใช้งานร่วมกับระบบพลวัติ (Dynamic System) อื่นๆ ได้อีกด้วย