Determinação do desempenho de sistemas de transferência de energia sem fio sem medição direta no lado da carga
A typical N-coils wireless power transfer (WPT) system usually consists of resonant circuits designed for a certain resonance frequency. Depending on the number of coils, this system consists of a source circuit, intermediate circuits and a load circuit. The control and optimization of these systems...
| Autor principal: | Garcia, Lucas Ricken |
|---|---|
| Formato: | Tese |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2022
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27872 |
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riut-1-278722022-06-01T19:03:53Z Determinação do desempenho de sistemas de transferência de energia sem fio sem medição direta no lado da carga Determination of the performance of wireless power transfer systems without direct measurement on the load side Garcia, Lucas Ricken Abatti, Paulo José https://orcid.org/ 0000-0002-5862-8808 http://lattes.cnpq.br/2771856898735617 Santin, Altair Olivo https://orcid.org/0000-0002-2341-2177 http://lattes.cnpq.br/9604696592563769 Schneider Junior, Bertoldo https://orcid.org/ 0000-0002-7240-9652 http://lattes.cnpq.br/3675060302477169 Gamba, Humberto Remigio https://orcid.org/ 0000-0003-3210-2725 http://lattes.cnpq.br/9211006688316492 Cunha, Jose Carlos da http://lattes.cnpq.br/7523890967788173 Abatti, Paulo Jose https://orcid.org/ 0000-0002-5862-8808 http://lattes.cnpq.br/2771856898735617 Transferência de energia sem fio Indutância Bobinas Padrões de desempenho Indução eletromagnética Wireless power transmission Inductance Electric coils Performance standards Electromagnetic induction CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA Engenharia Elétrica A typical N-coils wireless power transfer (WPT) system usually consists of resonant circuits designed for a certain resonance frequency. Depending on the number of coils, this system consists of a source circuit, intermediate circuits and a load circuit. The control and optimization of these systems requires continuous monitoring of their performance or, similarly, some output parameters. However, depending on the application of WPT system, such as in implantable medical devices and enclosed devices, direct measurement of these parameters in the load circuit in general is not feasible, as it may require the implementation of additional wireless communication systems. Therefore, there has been great interest in developing solutions for determining the performance of WPT systems without the need for direct measurement of the load circuit. The solution presented in this work is based on the relationship between some figures of merit that are representative for WPT systems and thus allows to monitor and control automatically (simply, without any direct measurement in the load circuit) the system performance from WPT to N-coils facing load variations and/or mutual inductance between intermediate and load coils. The proposed method is theoretically presented for a generic WPT system composed of N-coils, and is then applied to WPT systems composed of two-, three- and four- coils, including their experimental validations. The qualities and limitations of the proposed method are discussed in detail, as well as the characteristics of a WPT system from a new point of view, using the derived relations. Finally, a simple automatic control system is implemented to demonstrate the applicability of the theory presented. The practical results presented demonstrate an adequate correlation in relation to the theoretical data, validating the method developed. In addition, the application of the theory in an automatic control system of the performance of WPT systems demonstrates the application potential of the method developed and confirms the relations presented for the calculation of maximum efficiency and maximum power transfer capacity. Um sistema de transferência de energia sem fio (WPT) a N-bobinas típico geralmente é formado por circuitos ressonantes projetados para uma determinada frequência de ressonância. Dependendo do número de bobinas, este sistema é composto por um circuito fonte, circuitos intermediários e um circuito de carga. O controle e otimização destes sistemas requer o monitoramento contínuo de seu desempenho ou, similarmente, alguns parâmetros de saída. No entanto, dependendo da aplicação de sistema de WPT, tais como em dispositivos médicos implantáveis e dispositivos enclausurados, a medição direta destes parâmetros no circuito de carga, em geral, não é viável, uma vez que pode exigir a implementação de sistemas de comunicação sem fio adicionais. Por isso, tem havido grande interesse no desenvolvimento de soluções para determinação do desempenho de sistemas de WPT sem a necessidade de medição direta do circuito de carga. A solução apresentada neste trabalho é baseada na relação entre algumas figuras de mérito que são representativas para sistemas de WPT e permite, assim, monitorar e controlar automaticamente (de forma simples, sem qualquer medição direta no circuito de carga) o desempenho de sistema de WPT a N-bobinas frente a variações da carga e/ou indutância mútua entre as bobinas intermediárias e de carga. O método proposto é apresentado de forma teórica para um sistema WPT genérico composto por N-bobinas, sendo depois aplicado a sistemas WPT compostos por duas, três e quatro bobinas, incluindo suas validações experimentais. As qualidades e limitações do método proposto são discutidas em detalhes, bem como as características de um sistema de WPT por um novo ponto de vista, utilizando as relações deduzidas. Por fim, é implementado um sistema de controle automático simples para demonstrar a aplicabilidade da teoria apresentada. Os resultados práticos apresentados demonstram uma adequada correlação em relação aos dados teóricos, validando o método desenvolvido. Além disso, a aplicação da teoria em um sistema de controle automático do desempenho de sistemas de WPT demonstra o potencial de aplicação do método desenvolvido e confirma as relações apresentadas para o cálculo da máxima eficiência e máxima capacidade de transferência de potência. 2022-04-06T13:50:56Z 2022-04-06T13:50:56Z 2022-02-11 doctoralThesis GARCIA, Lucas Ricken. Determinação do desempenho de sistemas de transferência de energia sem fio sem medição direta no lado da carga. 2022. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27872 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Português |
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Transferência de energia sem fio Indutância Bobinas Padrões de desempenho Indução eletromagnética Wireless power transmission Inductance Electric coils Performance standards Electromagnetic induction CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA Engenharia Elétrica Garcia, Lucas Ricken Determinação do desempenho de sistemas de transferência de energia sem fio sem medição direta no lado da carga |
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A typical N-coils wireless power transfer (WPT) system usually consists of resonant circuits designed for a certain resonance frequency. Depending on the number of coils, this system consists of a source circuit, intermediate circuits and a load circuit. The control and optimization of these systems requires continuous monitoring of their performance or, similarly, some output parameters. However, depending on the application of WPT system, such as in implantable medical devices and enclosed devices, direct measurement of these parameters in the load circuit in general is not feasible, as it may require the implementation of additional wireless communication systems. Therefore, there has been great interest in developing solutions for determining the performance of WPT systems without the need for direct measurement of the load circuit. The solution presented in this work is based on the relationship between some figures of merit that are representative for WPT systems and thus allows to monitor and control automatically (simply, without any direct measurement in the load circuit) the system performance from WPT to N-coils facing load variations and/or mutual inductance between intermediate and load coils. The proposed method is theoretically presented for a generic WPT system composed of N-coils, and is then applied to WPT systems composed of two-, three- and four- coils, including their experimental validations. The qualities and limitations of the proposed method are discussed in detail, as well as the characteristics of a WPT system from a new point of view, using the derived relations. Finally, a simple automatic control system is implemented to demonstrate the applicability of the theory presented. The practical results presented demonstrate an adequate correlation in relation to the theoretical data, validating the method developed. In addition, the application of the theory in an automatic control system of the performance of WPT systems demonstrates the application potential of the method developed and confirms the relations presented for the calculation of maximum efficiency and maximum power transfer capacity. |
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GARCIA, Lucas Ricken. Determinação do desempenho de sistemas de transferência de energia sem fio sem medição direta no lado da carga. 2022. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. |
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