Estudo e projeto de um sistema de transferência de energia elétrica sem fio com compensação capacitiva e baseado no transformador de bobinas em espirais planas fracamente acopladas.

• Autor(a) principal: Moret, Alexandre Hotz
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3143/tde-05022019-084255/
• topic: Energia elétrica (Transferência); Inductive Power Transfer (IPT).; Series-parallel compensation; Series-series compensation; Transformadores e reatores; Wireless Power Transfer (WPT)

Recentemente os sistemas de transferência de energia sem fio WPT (do inglês Wireless Power Transfer) têm sido amplamente estudados com o propósito de alimentar eficientemente diversos tipos de cargas através de técnicas específicas, dentre elas destaca-se a transferência capacitiva de potência CPT (do inglês Capacitive Power Transfer) e a transferência indutiva de potência IPT (do inglês Inductive Power Transfer), sendo esta última objeto deste estudo. Em um sistema de transferência indutiva de potência a carga é alimentada através de um transformador fracamente acoplado. Em função do elevado espaçamento entre as bobinas primária e secundária, da ausência de núcleo magnético, ou o emprego do núcleos divididos e separados por um grande entreferro, o transformador apresenta alta reatância de dispersão e baixa reatância de magnetização, o que resulta em elevadas correntes, baixa eficiência e regulação da tensão ruim quando houver variação da carga. Com o intuito de aumentar a eficiência e melhorar a regulação de tensão (ou corrente) são aplicadas compensações capacitivas em ambos os lados do transformador, elevando o número de elementos reativos, o que dificulta a compreensão do seu comportamento. Adicionalmente, as diversas configurações geométricas possíveis para a construção das bobinas dificultam a otimização do projeto de transferência indutiva de potência. Esta dissertação analisa e compara as estratégias de compensação série-série (SS) e série-paralela (SP) sob diversos pontos de vista, identificando pontos de operação relevantes nos quais o sistema atua como uma fonte de corrente ou de tensão em malha aberta, modela os elementos que constituem um sistema de transferência indutiva de potência para alcançar à eficiência requisitada. Adicionalmente este trabalho lista os impactos na fonte e na carga quando do desvio das condições nominais de operação e dá diretrizes que permitem escolher os elementos de um sistema IPT. Na sequência esta dissertação propõe as diretrizes para a construção do transformador com valores predefinidos de fator de qualidade, indutâncias próprias e fator de acoplamento. Por fim, o presente trabalho dimensiona e confecciona alguns sistemas IPT a partir de uma lista de especificações, usando uma metodologia de projeto baseada em fórmulas aproximadas e a valida experimentalmente.