Maximização da potência na carga em sistemas de transferência de energia sem fios com acoplamento indutivo de baixa potência

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Porto, Rodrigo Wolff
• Orientador(a): Brusamarello, Valner Joao
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Acoplamento indutivo; Capacitores; Transferência de energia sem fio; Automação; Sistemas de controle
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/197241

A transferência de energia sem fios tem sido utilizada para alimentação de dispositivos e sistemas remotos, em que o uso de fiosé inadequado, custoso ou até mesmo proibitivo. As suas aplicações abrangem desde dispositivos biomédicos implantáveis, passando pelo setor de eletrônicos de consumo, até recarga de baterias em veículos elétricos. A potência transferida à carga depende dos parâmetros do circuito equivalente, entre os quais, o coeficiente de acoplamento magnético e o valor da carga desempenham um papel importante. O desalinhamento entre as bobinas transmissora e receptora, bem como as condições de carga variável, tornam o problema de maximização da energia transferida não trivial, pois a função objetivo muda de acordo com os parâmetros do circuito equivalente, causando um decréscimo significativo na potência da carga fora das condições iniciais de projeto. Portanto, maximizar a potência transmitida à cargaé um problema pertinente em todas as aplicações. Neste trabalho, são apresentadas contribuições para a metodologia de projeto de acoplamentos indutivos compensados, em que os diâmetros de bobinas planares circulares são escolhidos de forma a maximizar o coeficiente de acoplamento magnético. Além disto, e apresentado um circuito eletrônico capaz de emular um capacitor controlado por tensão, cuja aplicação é realizada na rede capacitiva de compensação no lado primário do acoplamento indutivo. Pela medida da impedância de entrada do circuito é possível estimar a potência na carga e assim maximizá-la através do ajuste da capacitância da rede de compensação. A partir do estudo de caso apresentado, um aumento de 67% na potência fornecida à carga e conseguido em comparação a um acoplamento magnético com rede de compensação fixa. Por fim, e apresentada a maximização da potância entregueà carga utilizando não somente a capacitância de compensação variável, mas também a frequência de operação variável. Com a metodologia proposta, é possível manter a potência dissipada na carga aproximandamente constante para uma faixa de coeficiente de acoplamento magnético de 0,2 a 0,8 e carga de 10Ω a 100Ω, permitindo assim aumentar o grau de liberdade de posicionamento entre as bobinas transmissora e receptora.