Estudo e desenvolvimento de um sistema de transferência de energia sem fio pelo método indutivo

Abstract

Este trabalho tem o objetivo de estudar e desenvolver um circuito para transferência de energia sem fio pelo método indutivo – IPT, que funciona como um transformador de núcleo separado empregando baixo coeficiente de acoplamento magnético. Na introdução, há uma visão geral da tecnologia com aplicações em objetos do cotidiano, como eletrodomésticos e veículos elétricos. No capítulo seguinte, revisão bibliográfica, são explicadas algumas das aplicações da tecnologia, assim como o contexto histórico, a comercialização e como está sendo feita a padronização, além dos fundamentos teóricos que regem o funcionamento do sistema. Em materiais e métodos, explica-se quais foram os componentes e placas para desenvolvimento que foram utilizados, e o esquema de ligação entre eles. O sistema IPT construído inclui um microcontrolador que gera um sinal de PWM para chavear uma placa inversora. O sinal de potência é enviado para bobinas de modelo 760308201 com 28mm de diâmetro e 10uH de indutância. Este sinal gera um campo magnético que é percebido por outra bobina que está a 20mm de distância. O circuito foi testado com uma fonte de 12V/2A e outra de 15V/0,7A na entrada e carga resistiva de valor nominal de 10Ω. Nesta condição, obteve-se cerca de 4W na saída e eficiência próxima de 40%. Sabese que, para aumentar o rendimento elétrico, seria preciso aumentar a frequência de chaveamento de 100kHz para 800kHz, valor no qual o fator de qualidade estaria acima de 100. Entretanto, a placa inversora STSPIN suporta no máximo 100kHz.

This work aims to study and develop a circuit for wireless power transfer through the inductive method - IPT, which works similarly to a separate core transformer employing a low magnetic coupling coefficient. In the introduction, there is an overview of the technology with applications in everyday objects, such as home appliances and electric vehicles. In the next chapter, bibliographic review, some of the applications of the technology are explained, as well as the historical context, commercialization and how standardization is being carried out, in addition to the theorical foundations that govern the functioning of the system. In materials and methods, it is explained which components and development boards were used, and the connection scheme between them. The built IPT system consists of a microcontroller generating a PWM signal to switch an inverter board, the power signal is sent to coils of model 760308201 with 28mm of diameter and 10uH of inductance. This signal generates a magnetic field that is perceived by another coil that is 20mm away. The circuit was tested with a 12V/2A source and a 15V/0.7A source at the input and resistive load of 10Ω (nominal value). In this condition, about 4W was obtained at the output and efficiency close to 40%. It is known that to increase electrical efficiency, it would be necessary to increase the switching frequency from 100kHz to 800kHz, a value in which the quality factor would be above 100. However, the inverter board only supports 100kHz