Estudo de sistemas de transferência indutiva de potência para recarga de baterias

• Main Author: Celton Ribeiro Barbosa
• Other Authors: Azauri Albano de Oliveira Junior
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2018
• Subjects: Estimação; Metodologia; Projeto; Transferência indutiva potência; Estimation; Inductive power transfer; Methodology; Project
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18153/tde-13062018-153339/

A Transferência Indutiva de Potência (TIP) é uma maneira de se realizar transferência de energia elétrica sem fio e tem se popularizado atualmente por conta da comodidade e segurança que ela proporciona. Esta dissertação apresenta o estudo de um sistema TIP para recarga de baterias e existem vários desafios que devem ser superados nesta área. Um deles é a metodologia de projeto dos indutores primário e secundário, pois não é uma tarefa trivial encontrar uma relação entre parâmetros geométricos, elétricos e magnéticos. Diante deste fato este trabalho apresenta e aperfeiçoa uma metodologia de projeto utilizando uma ferramenta computacional gratuita baseada no método dos elementos finitos. Os resultados experimentais demonstram que o método é válido e a ferramenta é adequada não somente para o projeto dos indutores, mas também para análise do comportamento dos mesmos diante de desalinhamentos espaciais. Além disso, é apresentado o funcionamento básico de dois conversores muito utilizados em TIP e o estado da arte das malhas ressonantes, cuja função é minimizar a energia reativa consumida nos circuitos primário e secundário. Em seguida são discutidas técnicas de estimação de tensão e corrente na carga utilizando medidas de tensão e/ou corrente em elementos do circuito primário. Essas técnicas são importantes, pois permitem a utilização apenas do controlador presente no circuito primário e isto implica na redução dos custo e complexidade do sistema TIP. Durante o estudo verificou-se na literatura que não existia uma técnica de estimação para o sistema TIP adotado neste trabalho e portanto, foi necessário desenvolver uma nova proposta de estimador. Os resultados de simulação demonstram que o estimador possui um bom desempenho mesmo diante de variações do coeficiente de acoplamento e da resistência na carga e é portanto adequado para situações em que é necessário realizar recarga de baterias com TIP. === Inductive Power Transfer (IPT) is a way to conduct wireless power transfer and has become popular today because of the convenience and security it provides. This dissertation presents the study of a IPT system for battery recharging and there are several challenges that must be overcome in this area. One of them is the design methodology of the primary and secondary inductors, since it is not a trivial task to find a relation between geometric, electric and magnetic parameters. In view of this fact, this work presents and improves a project methodology using a free computational based on the finite element method. The experimental results demonstrate that the method is valid and the tool is suitable not only for the design of the inductors, but also for the analysis of their behavior in face of spatial misalignments. In addition, this dissertation presents the basic operation of two widely used IPT converters and the state of the art of compensations networks, whose function is to minimize the reactive energy consumed in the primary and secondary circuits. Next, load voltage and load current estimation techniques are discussed using voltage and/or current measurements on elements of the primary circuit. These techniques are important because they allow the use of a single controller in the primary circuit, reducing the cost and complexity of the IPT system. During the study, it was verified in the literature the inexistence of a estimation technique for the IPT system adopted in this work and therefore, it was necessary to propose and develop a new estimator. The simulation results show that the proposed estimator performs well even in the case of variations in the coupling coefficient and load resistance and is therefore suitable for situations where it is necessary to recharge IPT batteries.