Estudo de um sistema de transferência de energia sem fios com sintonização dinâmica e compensação multiparamétrica

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Murliky, Lucas
• Orientador(a): Brusamarello, Valner Joao
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Transferência de energia sem fio; Acoplamento indutivo; Cápsulas endoscópicas
• Palavras-chave em Inglês: Wireless power; Tuning method; Misalignment; Dynamic wireless power transfer; Endoscopy capsule
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/241927

A transferência de energia sem fios pode ser realizada por meio de um acoplamento indutivo conectado a uma rede capacitiva, cuja função é sintonizar o sistema em uma frequência, para otimizar e tornar viável o processo. Porém, se a frequência de excitação e a rede de compensação capacitiva forem constantes, os pontos de operação otimizados só podem ser garantidos para cargas fixas, bem como para posições relativas fixas entre as bobinas transmissora e receptora. Quando as bobinas não são estacionárias ou a carga ´e variável, a sintonia do acoplamento indutivo deve ser ajustada dinamicamente para manter, por exemplo, uma potência de saída estabilizada. O sistema proposto compensa perturbações, tais como a variação de carga ou ainda desalinhamentos mecânicos entre as bobinas por meio do ajuste dinâmico da frequência e também da capacitância da rede de de compensação. Assim, um método multivariável dinâmico para maximização da potência entregue a carga em um sistema de transferência sem fios é apresentado. A implementação realiza a sintonia do acoplamento indutivo através da observação de parâmetros do circuito transmissor. Dessa maneira, o circuito receptor pode ser implementado de maneira reduzida. O método empregado mostrou que consegue estimar o coeficiente de acoplamento magnético de maneira concisa (com variação de até 5,71% do valor de referência) e que também consegue englobar um espectro maior de aplicações que os métodos multivariáveis até então desenvolvidos (inclusive para aplicações de baixo coeficiente de acoplamento magnético k < 0,1). Ambos resultados de k, Po e η são dados com um nível de confiança de 95%: k = (3,5 ± 0,17) × 10-3, Po = 250 ± 21,12 mW e η=7,4 ± 0,32. A metodologia proposta ainda pode realizar o controle da potência entregue a carga após sintonizar o acoplamento indutivo. Um estudo de caso com uma cápsula de endoscopia contendo um receptor com três bobinas em quadratura foi simulado e implementado. Essa aplicação contém alguns desafios como assimetria das bobinas bem como coeficientes de acoplamento magnético muito baixos. O sistema proposto foi capaz de monitorar o movimento da cápsula e estimar o fator de acoplamento magnético, mantendo a potência acima do valor crítico pré-estabelecido utilizando a variação da frequência e a capacitância série da rede de compensação. Por fim, também foi implementado um ajuste na magnitude da fonte de tensão visando manter a potência na carga abaixo de um valor máximo a fim de evitar um problema de sobreaquecimento.