Extração de energia através da técnica power harvesting baseada em vibrações mecânicas e transdutores piezelétricos

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Souza, Flavilene da Silva
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Sistema de power harvesting; Transdutor piezelétrico; Modelos para simulação; Circuitos eletrônicos; Máxima extração de potência; Power harvesting system; Piezoelectric transducer; Simulation models; Electronic circuits; Maximum extracted power
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/153706

Neste trabalho foram realizados estudos, análises, simulações e implementações de um sistema de power harvesting utilizando transdutores piezelétricos, com o objetivo de extrair a máxima potência. A fim de alcançar tal objetivo, o sistema mecânico e a interface elétrica foram analisados com foco na quantidade de potência extraída. Com os resultados básicos desses estudos, tem-se que o desempenho de tais sistemas depende da interação eletromecânica, da deformação, da frequência de excitação e da carga conectada. Com exceção do último, esses parâmetros não interferem no modelo tradicional de simulação no SPICE. Para aprimorar os resultados da simulação, foi proposta uma metodologia para a modelagem do sistema mecânico com a interface elétrica, implementada e avaliada em MATLAB/Simulink e em SPICE com VHDL-AMS. Além disso, um novo circuito eletrônico, denominado Conversor Direto CA-CC com Chaveamento Sincronizado - CDCS, foi projetado para maximizar a potência média extraída e reduzir sua dependência com a frequência de excitação e com a carga conectada. Os resultados das simulações foram comparados com dados experimentais para os circuitos eletrônicos retificador em ponte e SSHI em paralelo. A modelagem desenvolvida em SPICE com VHDL-AMS apresentou melhores resultados, pois permite uma modelagem mais precisa dos componentes eletrônicos sem comprometer o domínio mecânico. Comparado com três circuitos existentes na literatura (retificador em ponte, SSHI em paralelo e SECE), o circuito proposto obteve os maiores valores de potência extraída (102 µW) e de eficiência (70 %), além de apresentar resultados satisfatórios na faixa de operação da carga (1 kΩ - 1 MΩ) e largura de banda (6,0 Hz).