Estudo de um sistema de colheita de energia com transdutores piezoelétricos

• Autor(a) principal: Vanderwegen, Amanda
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/258044
• topic: Geração de energia; Piezoeletricidade; Energy harvesting; Reactive compensation; Piezoelectricity; SSHI

Este trabalho tem como objetivo o estudo matemático de um sistema de colheita de energia (do inglês Energy Harvesting) com transdutor piezoelétrico. O sistema analisado é composto por uma viga engastada de metal, estimulada por um impulso mecânico único. Um transdutor piezoelétrico acoplado a viga é conectado a uma carga não linear composta por um retificador de onda completa, um filtro capacitivo e uma resistência de carga, simplificados como uma resistência equivalente. Dois métodos de otimização de transferência de energia são analisados. Considerando as características capacitivas intrínsecas do material piezoelétrico, um circuito ativo é inserido ao sistema para emular uma impedância indutiva, de forma que a impedância vista pelo gerador piezoelétrico seja o complexo conjugado da impedância da fonte, garantindo o ponto de máxima transferência de potência. Outra forma de otimização é a introdução de um indutor chaveado (em inglês Synchronised Switch Harvesting on Inductor – SSHI) ao sistema, que inverte a tensão na carga nos pontos de deslocamento máximo e mínimo, aumentando virtualmente a tensão na carga. Os dois métodos são analisados matematicamente. É estimado o ganho de energia em função da força aplicada no sistema, sendo de 21% para a compensação indutiva e 5% para o indutor chaveado considerando uma força aplicada de 1N e uma carga resistiva pura de 100kΩ. Ainda, ilustra-se que o ganho de energia com os dois métodos está associado ao valor da carga resistiva.