Análise de compensação capacitiva para a máxima transferência de energia com acoplamento indutivo
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Manancial - Repositório Digital da UFSM |
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Texto Completo: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/29161 |
Resumo: | This work deals with the study of a wireless power transmission system using loosely magnetically coupled coils. An analysis is made of the parasitic effects of the components in an equivalent circuit using a single frequency and the steady state circuit. A sinusoidal voltage source powers the circuit and it is connected to a purely resistive load for simplicity. The analysis is directed to output power and circuit efficiency. Therefore, an optimization exercise of these variables is developed throughout this work with different possible configurations. The circuit compensation method using four capacitors is presented, furthermore, the possibility of further improving the compensation result by adjusting the resonant frequency of the circuit is explored. The beginning of this project is the analysis of the basic circuit without compensation. The following are equations for the maximum output efficiency and power of circuits containing only one compensation capacitor. The settings commonly used for two capacitor compensation are shown. Then the compensation of a circuit with four capacitors is verified. Finally, by adding all resistive losses of the circuit components and in order to obtain good solutions to the proposed optimization problem, a search algorithm is created which returns the optimum values of power and efficiency. capacitors that make the circuit achieve maximum output efficiency or power, thus avoiding a thorough analysis of the intricate system of equations resulting from compensation with more than two capacitors. To experimentally verify the theoretical results and simulations, a prototype was constructed that allows a variation of the coupling coefficient between the coils. Results are compared and further improved. |
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Análise de compensação capacitiva para a máxima transferência de energia com acoplamento indutivoCapacitive compensation analysis for maximum transfer of energy with inductive couplingAcoplamento indutivoCompensaçãoOtimizaçãoAlgoritmoEficiênciaTransferência de energiaInductive couplingCompensationOptimizationAlgorithmEfficiencyEnergy transferCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAThis work deals with the study of a wireless power transmission system using loosely magnetically coupled coils. An analysis is made of the parasitic effects of the components in an equivalent circuit using a single frequency and the steady state circuit. A sinusoidal voltage source powers the circuit and it is connected to a purely resistive load for simplicity. The analysis is directed to output power and circuit efficiency. Therefore, an optimization exercise of these variables is developed throughout this work with different possible configurations. The circuit compensation method using four capacitors is presented, furthermore, the possibility of further improving the compensation result by adjusting the resonant frequency of the circuit is explored. The beginning of this project is the analysis of the basic circuit without compensation. The following are equations for the maximum output efficiency and power of circuits containing only one compensation capacitor. The settings commonly used for two capacitor compensation are shown. Then the compensation of a circuit with four capacitors is verified. Finally, by adding all resistive losses of the circuit components and in order to obtain good solutions to the proposed optimization problem, a search algorithm is created which returns the optimum values of power and efficiency. capacitors that make the circuit achieve maximum output efficiency or power, thus avoiding a thorough analysis of the intricate system of equations resulting from compensation with more than two capacitors. To experimentally verify the theoretical results and simulations, a prototype was constructed that allows a variation of the coupling coefficient between the coils. Results are compared and further improved.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESEste trabalho trata do estudo de um sistema de transmissão de energia sem fio com o uso de bobinas fracamente acopladas magneticamente. Uma análise é feita, levando-se em consideração os efeitos parasitas dos componentes em um circuito equivalente, usando uma única frequência e o circuito já em regime estacionário. Uma fonte de tensão senoidal alimenta o circuito e este conectado a uma carga puramente resistiva afim de simplificar. A análise é dirigida a potência de saída e a eficiência do circuito. Portanto um exercício de otimização dessas variáveis é desenvolvido ao longo deste trabalho com diferentes possíveis configurações. O método de compensação do circuito utilizando quatro capacitores é apresentado, além disso, é explorada a possibilidade de se melhorar ainda mais o resultado da compensação ajustando a frequência de ressonância do circuito. O início deste projeto se dá a análise do circuito básico sem compensação. A seguir, são elaboradas equações para as máximas eficiência e potência na saída dos circuitos contendo somente um capacitor de compensação. São demonstradas as configurações normalmente utilizadas para compensação com dois capacitores. Então a compensação de um circuito com quatro capacitores é verificada. Por fim, ao adicionar todas perdas resistivas dos componentes dos circuitos e com o objetivo de obter boas soluções para o problema de otimização proposto é criado um algoritmo de busca o qual retorna os valores ótimos de potência e eficiência, esse mesmo retorna os valores ótimos dos capacitores que fazem o circuito alcançar sua máxima eficiência ou potência na saída, evitando assim uma análise profunda do intrincado sistema de equações resultantes da compensação com mais do que dois capacitores. Para verificar experimentalmente os resultados teóricos e das simulações foi construído um protótipo que possibilita uma variação do coeficiente de acoplamento entre as bobinas. Os resultados são comparados e, ainda, melhorados.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia ElétricaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaBisogno, Fábio Eckehttp://lattes.cnpq.br/6267716868501584Beltrame, Rafael ConcattoRussi, Jumar LuísMarchiori, Matheus Chidiac2023-05-23T12:33:40Z2023-05-23T12:33:40Z2020-01-20info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/29161ark:/26339/001300000j4znporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2023-05-23T12:33:40Zoai:repositorio.ufsm.br:1/29161Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2023-05-23T12:33:40Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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This work deals with the study of a wireless power transmission system using loosely magnetically coupled coils. An analysis is made of the parasitic effects of the components in an equivalent circuit using a single frequency and the steady state circuit. A sinusoidal voltage source powers the circuit and it is connected to a purely resistive load for simplicity. The analysis is directed to output power and circuit efficiency. Therefore, an optimization exercise of these variables is developed throughout this work with different possible configurations. The circuit compensation method using four capacitors is presented, furthermore, the possibility of further improving the compensation result by adjusting the resonant frequency of the circuit is explored. The beginning of this project is the analysis of the basic circuit without compensation. The following are equations for the maximum output efficiency and power of circuits containing only one compensation capacitor. The settings commonly used for two capacitor compensation are shown. Then the compensation of a circuit with four capacitors is verified. Finally, by adding all resistive losses of the circuit components and in order to obtain good solutions to the proposed optimization problem, a search algorithm is created which returns the optimum values of power and efficiency. capacitors that make the circuit achieve maximum output efficiency or power, thus avoiding a thorough analysis of the intricate system of equations resulting from compensation with more than two capacitors. To experimentally verify the theoretical results and simulations, a prototype was constructed that allows a variation of the coupling coefficient between the coils. Results are compared and further improved. |
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