Extração de energia através da técnica power harvesting baseada em vibrações mecânicas e transdutores piezelétricos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Souza, Flavilene da Silva
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
Texto Completo: http://hdl.handle.net/11449/153706
Resumo: Neste trabalho foram realizados estudos, análises, simulações e implementações de um sistema de power harvesting utilizando transdutores piezelétricos, com o objetivo de extrair a máxima potência. A fim de alcançar tal objetivo, o sistema mecânico e a interface elétrica foram analisados com foco na quantidade de potência extraída. Com os resultados básicos desses estudos, tem-se que o desempenho de tais sistemas depende da interação eletromecânica, da deformação, da frequência de excitação e da carga conectada. Com exceção do último, esses parâmetros não interferem no modelo tradicional de simulação no SPICE. Para aprimorar os resultados da simulação, foi proposta uma metodologia para a modelagem do sistema mecânico com a interface elétrica, implementada e avaliada em MATLAB/Simulink e em SPICE com VHDL-AMS. Além disso, um novo circuito eletrônico, denominado Conversor Direto CA-CC com Chaveamento Sincronizado - CDCS, foi projetado para maximizar a potência média extraída e reduzir sua dependência com a frequência de excitação e com a carga conectada. Os resultados das simulações foram comparados com dados experimentais para os circuitos eletrônicos retificador em ponte e SSHI em paralelo. A modelagem desenvolvida em SPICE com VHDL-AMS apresentou melhores resultados, pois permite uma modelagem mais precisa dos componentes eletrônicos sem comprometer o domínio mecânico. Comparado com três circuitos existentes na literatura (retificador em ponte, SSHI em paralelo e SECE), o circuito proposto obteve os maiores valores de potência extraída (102 µW) e de eficiência (70 %), além de apresentar resultados satisfatórios na faixa de operação da carga (1 kΩ - 1 MΩ) e largura de banda (6,0 Hz).
id UNSP_c2323d2a62c7ed50e01ba59d35b1ce1e
oai_identifier_str oai:repositorio.unesp.br:11449/153706
network_acronym_str UNSP
network_name_str Repositório Institucional da UNESP
repository_id_str 2946
spelling Extração de energia através da técnica power harvesting baseada em vibrações mecânicas e transdutores piezelétricosEnergy extraction through power harvesting technique based on mechanical vibration and piezoelectric transducerSistema de power harvestingTransdutor piezelétricoModelos para simulaçãoCircuitos eletrônicosMáxima extração de potênciaPower harvesting systemPiezoelectric transducerSimulation modelsElectronic circuitsMaximum extracted powerNeste trabalho foram realizados estudos, análises, simulações e implementações de um sistema de power harvesting utilizando transdutores piezelétricos, com o objetivo de extrair a máxima potência. A fim de alcançar tal objetivo, o sistema mecânico e a interface elétrica foram analisados com foco na quantidade de potência extraída. Com os resultados básicos desses estudos, tem-se que o desempenho de tais sistemas depende da interação eletromecânica, da deformação, da frequência de excitação e da carga conectada. Com exceção do último, esses parâmetros não interferem no modelo tradicional de simulação no SPICE. Para aprimorar os resultados da simulação, foi proposta uma metodologia para a modelagem do sistema mecânico com a interface elétrica, implementada e avaliada em MATLAB/Simulink e em SPICE com VHDL-AMS. Além disso, um novo circuito eletrônico, denominado Conversor Direto CA-CC com Chaveamento Sincronizado - CDCS, foi projetado para maximizar a potência média extraída e reduzir sua dependência com a frequência de excitação e com a carga conectada. Os resultados das simulações foram comparados com dados experimentais para os circuitos eletrônicos retificador em ponte e SSHI em paralelo. A modelagem desenvolvida em SPICE com VHDL-AMS apresentou melhores resultados, pois permite uma modelagem mais precisa dos componentes eletrônicos sem comprometer o domínio mecânico. Comparado com três circuitos existentes na literatura (retificador em ponte, SSHI em paralelo e SECE), o circuito proposto obteve os maiores valores de potência extraída (102 µW) e de eficiência (70 %), além de apresentar resultados satisfatórios na faixa de operação da carga (1 kΩ - 1 MΩ) e largura de banda (6,0 Hz).In this work studies, analysis, simulations and the implementation of power harvesting system using piezoelectric transducer were done aiming to extract its maximum power. In order to achieve this goal, the mechanical system and electrical interface were analyzed especially focused on the amount of power that can be able to extracted. The conclusion of these studies was that the system performance depends of the electromechanical interaction, deformation, excitation frequency and the connected load. Except for the latter, these parameters does not interfered in the standard model by SPICE. To improve the simulation results, a novel methodology for modeling the mechanical system with electrical interface was proposed. It was implemented and evaluated in MATLAB/Simulink and in SPICE with VHDL-AMS. In addition, a new electronic circuit, well know as Direct AC-DC Converter with Synchronous Switch (CDSS), was designed to improve the extract power and the response at the frequency of excitation and the connected load. The simulation results were compared with experimental data for the electronic circuits: bridge rectifier and P-SSHI. The SPICE with VHDL-AMS model offered the best results, since it allows accurate model for the electrical component without compromising the mechanical system. The performance of the proposed circuit was compared with three electronic circuits (bridge rectifier, P-SSHI and SECE). The results show that the proposed circuit presented the higher power extracted (102 μW) and of efficiency (70%). In addition, both the resistance range (1 kΩ - 1 MΩ) and the bandwidth (6,0 Hz) were improved.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CAPES: 99999.006504/2015-09Universidade Estadual Paulista (Unesp)Vieira Filho, Jozue [UNESP]Universidade Estadual Paulista (Unesp)Souza, Flavilene da Silva2018-04-24T19:20:49Z2018-04-24T19:20:49Z2018-03-02info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/11449/15370600090058733004099080P0porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UNESPinstname:Universidade Estadual Paulista (UNESP)instacron:UNESP2024-08-05T17:59:28Zoai:repositorio.unesp.br:11449/153706Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.unesp.br/oai/requestrepositoriounesp@unesp.bropendoar:29462024-08-05T17:59:28Repositório Institucional da UNESP - Universidade Estadual Paulista (UNESP)false
dc.title.none.fl_str_mv Extração de energia através da técnica power harvesting baseada em vibrações mecânicas e transdutores piezelétricos
Energy extraction through power harvesting technique based on mechanical vibration and piezoelectric transducer
title Extração de energia através da técnica power harvesting baseada em vibrações mecânicas e transdutores piezelétricos
spellingShingle Extração de energia através da técnica power harvesting baseada em vibrações mecânicas e transdutores piezelétricos
Souza, Flavilene da Silva
Sistema de power harvesting
Transdutor piezelétrico
Modelos para simulação
Circuitos eletrônicos
Máxima extração de potência
Power harvesting system
Piezoelectric transducer
Simulation models
Electronic circuits
Maximum extracted power
title_short Extração de energia através da técnica power harvesting baseada em vibrações mecânicas e transdutores piezelétricos
title_full Extração de energia através da técnica power harvesting baseada em vibrações mecânicas e transdutores piezelétricos
title_fullStr Extração de energia através da técnica power harvesting baseada em vibrações mecânicas e transdutores piezelétricos
title_full_unstemmed Extração de energia através da técnica power harvesting baseada em vibrações mecânicas e transdutores piezelétricos
title_sort Extração de energia através da técnica power harvesting baseada em vibrações mecânicas e transdutores piezelétricos
author Souza, Flavilene da Silva
author_facet Souza, Flavilene da Silva
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Vieira Filho, Jozue [UNESP]
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
dc.contributor.author.fl_str_mv Souza, Flavilene da Silva
dc.subject.por.fl_str_mv Sistema de power harvesting
Transdutor piezelétrico
Modelos para simulação
Circuitos eletrônicos
Máxima extração de potência
Power harvesting system
Piezoelectric transducer
Simulation models
Electronic circuits
Maximum extracted power
topic Sistema de power harvesting
Transdutor piezelétrico
Modelos para simulação
Circuitos eletrônicos
Máxima extração de potência
Power harvesting system
Piezoelectric transducer
Simulation models
Electronic circuits
Maximum extracted power
description Neste trabalho foram realizados estudos, análises, simulações e implementações de um sistema de power harvesting utilizando transdutores piezelétricos, com o objetivo de extrair a máxima potência. A fim de alcançar tal objetivo, o sistema mecânico e a interface elétrica foram analisados com foco na quantidade de potência extraída. Com os resultados básicos desses estudos, tem-se que o desempenho de tais sistemas depende da interação eletromecânica, da deformação, da frequência de excitação e da carga conectada. Com exceção do último, esses parâmetros não interferem no modelo tradicional de simulação no SPICE. Para aprimorar os resultados da simulação, foi proposta uma metodologia para a modelagem do sistema mecânico com a interface elétrica, implementada e avaliada em MATLAB/Simulink e em SPICE com VHDL-AMS. Além disso, um novo circuito eletrônico, denominado Conversor Direto CA-CC com Chaveamento Sincronizado - CDCS, foi projetado para maximizar a potência média extraída e reduzir sua dependência com a frequência de excitação e com a carga conectada. Os resultados das simulações foram comparados com dados experimentais para os circuitos eletrônicos retificador em ponte e SSHI em paralelo. A modelagem desenvolvida em SPICE com VHDL-AMS apresentou melhores resultados, pois permite uma modelagem mais precisa dos componentes eletrônicos sem comprometer o domínio mecânico. Comparado com três circuitos existentes na literatura (retificador em ponte, SSHI em paralelo e SECE), o circuito proposto obteve os maiores valores de potência extraída (102 µW) e de eficiência (70 %), além de apresentar resultados satisfatórios na faixa de operação da carga (1 kΩ - 1 MΩ) e largura de banda (6,0 Hz).
publishDate 2018
dc.date.none.fl_str_mv 2018-04-24T19:20:49Z
2018-04-24T19:20:49Z
2018-03-02
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/11449/153706
000900587
33004099080P0
url http://hdl.handle.net/11449/153706
identifier_str_mv 000900587
33004099080P0
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual Paulista (Unesp)
publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual Paulista (Unesp)
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UNESP
instname:Universidade Estadual Paulista (UNESP)
instacron:UNESP
instname_str Universidade Estadual Paulista (UNESP)
instacron_str UNESP
institution UNESP
reponame_str Repositório Institucional da UNESP
collection Repositório Institucional da UNESP
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UNESP - Universidade Estadual Paulista (UNESP)
repository.mail.fl_str_mv repositoriounesp@unesp.br
_version_ 1826304617059713024