Projeto e compensação de parâmetros de transformador de núcleo separado destinado ao carregamento de baterias de veículos subaquáticos autônomos

• Main Author: Lopes, Israel Filipe
• Other Authors: Barbosa, Pedro Gomes
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Juiz de Fora 2016
• Subjects: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA; Transferência de energia elétrica sem contato; Veículos autônomos subaquáticos; Transformador de núcleo separado; Entreferro; Modelo matemático; Capacitores de compensação; Metodologia de otimização; Rendimento; Contactless electrical energy power transfer; Autonomous underwater vehicles; Transformer with separated core; Gap; Mathematical model; Capacitances for compensation; Optimization methodology; Efficiency
• Online Access: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/1201

Submitted by Renata Lopes ([e-mail]) on 2016-04-06T14:20:59Z No. of bitstreams: 1 israelfilipelopes.pdf: 3821077 bytes, checksum: 03973b1d4356ce4b46316762af40ac71 (MD5) === Approved for entry into archive by Adriana Oliveira ([e-mail]) on 2016-04-24T03:51:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 israelfilipelopes.pdf: 3821077 bytes, checksum: 03973b1d4356ce4b46316762af40ac71 (MD5) === Made available in DSpace on 2016-04-24T03:51:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 israelfilipelopes.pdf: 3821077 bytes, checksum: 03973b1d4356ce4b46316762af40ac71 (MD5) Previous issue date: 2013-02-26 === Este trabalho apresenta um estudo sobre transferência de energia elétrica sem contato para carregamento de baterias de veículos autônomos subaquáticos (AUV - Autonomous Underwater Vehicles) utilizando transformadores de núcleo separado (TNS). Inicialmente, é feito um projeto para construção de um transformador de núcleo separado. Posteriormente, são desenvolvidas as equações que modelam o funcionamento do transformador, com base em seu circuito elétrico equivalente. Em seguida, o trabalho propõe uma alternativa para estimar os parâmetros do circuito equivalente do transformador operando com valores de entreferro diferentes, validando seu modelo matemático aproximado com simulações realizadas no software PSIM, versão 9.0. Com o modelo matemático do TNS, é feita uma avaliação da sua capacidade de transferência de energia, mostrando que, em virtude do entreferro, o transformador apresenta baixa eficiência e baixos valores de tensão de saída. Nesse sentido, metodologias para compensar os efeitos de queda de tensão na impedância de dispersão, bem como aumentar a eficiência do transformador, são investigadas introduzindo-se capacitâncias no circuito elétrico equivalente e variando-se a frequência de operação. Aplicando os resultados dessa metodologia de otimização, é mostrado, por meio de experimentos em laboratório, que o TNS é capaz de transmitir energia através de um entreferro de 10 mm, atendendo às condições de tensão e potência da carga, com eficiência relativamente elevada. Em seguida, é feito um experimento com água do mar a fim de verificar a aplicabilidade do TNS em veículos subaquáticos. Por fim, é apresentada uma simulação digital realizada no software PSIM, versão 9.0, com um conversor c.c./c.c. controlador de carga para o sistema de carregamento de bateria. Os resultados obtidos demonstram o funcionamento do sistema, verificando a metodologia para estimativa do modelo e a metodologia de otimização do TNS. === This work presents a study on contactless electrical energy power transfer for charging batteries of autonomous underwater vehicles (AUV - Autonomous Underwater Vehicles) using transformers with separated core (TNS). Initially, a project is made for building a transformer with separated core. After, the equations that model the operation of the transformer, based on its electrical equivalent circuit, are developed. Then, the work proposes an alternative to estimate the parameters of the equivalent circuit of the transformer operating with different gap values, validating its mathematical model with simulations in PSIM software, version 9.0. With the mathematical model of TNS, an evaluation of its ability to transfer power is made, showing that, because of the air gap, the transformer has a low efficiency and low output voltage. Therefore, methodologies to compensate for the effects of voltage drop in the leakage impedance and increase the efficiency of the transformer are investigated by introducing capacitances in the equivalent circuit and varying the of operating frequency. Applying the results of optimization methodology is shown, through laboratory experiments, that the TNS is capable of transmitting power through an air gap of 10 mm, given the voltage and load power conditions, with relatively high efficiency. Then, an experiment is done with seawater in order to verify the applicability of TNS for underwater vehicles. Finally, the work presents a simulation in PSIM with a d.c./d.c. charge controller for battery. The results demonstrate the operation of the system, verifying the methodology for estimation of the model and optimization methodology of TNS.