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dc.creatorScortegagna, Renato Gregolon-
dc.date.accessioned2022-08-23T18:51:03Z-
dc.date.available2022-08-23T18:51:03Z-
dc.date.issued2022-07-04-
dc.identifier.citationSCORTEGAGNA, Renato Gregolon. Transferência de energia sem fio por indução eletromagnética - IPT: contribuições para a maximização do rendimento. 2022. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29382-
dc.description.abstractWith the growing demand for mobile devices, robots, drones, and electric vehicles, the recharge of the batteries of these devices with wireless power transfer is a current topic of research at a global level. This work is approached techniques that aim to increase the efficiency of the inductive power transfer (IPT). In this context, a series-parallel resonant IPT prototype was built with 100 W of nominal power. At 1 cm distance, using the proposed iterative design tuning method, the overall measured efficiency was 94%, an increase of 2.9% compared to the capacitor specification methods by equation. A novel self-driving circuit for a current-doubler synchronous rectifier is proposed using only auxiliary windings in the existent rectifier output filter inductors to drive active switches. It does not require any processing, analog circuits, gate driver circuits, or current measurement to keep itself synchronized with the resonant circuit and may be used in Si or SiC MOSFETs that support symmetrical command voltage. Experimental verification of synchronous rectifier reached the maximum overall efficiency of 94.8%. As a proposal for application in a remote UAV charging station, the prototype of the IPT system was integrated with a battery and a photovoltaic module through a Three-Port converter, whose operation was divided into Mode 1, Mode 2, and 3 Mode. In the Mode 1, power is transferred from the battery to the IPT system by phase-shift modulation under constant frequency. The IPT system load parameters control is performed from the input power, and the load voltage is feedback through wireless communication. In the power transfer from the PV module to the battery, Mode 2, the full-bridge converter operates as a parallel boost using the ZVRT technique (Zero-Voltage Resonant-Transition) with frequency modulation, obtaining soft-switching and efficiency of 96.25% at maximum power. The 3 Mode comprises the simultaneous power transfer between the three ports. The IPT system is controlled by phase-shift modulation under constant frequency. In contrast, the power flow between the PV module and the battery is controlled by the duty cycle of PWM modulation. An auxiliary inductor was added between the converter arms for soft-switching and was used asymmetrical current control in the boost inductors. This control technique allowed the operation of both converter arms under the same soft-switching threshold. It increased the auxiliary inductor by about four times and reduced conduction losses. Experimental results of the Three-Port converter under nominal power resulted in an overall efficiency of 92.2% in DISO mode (Double Input Single Output), and of 93.7%, in SIDO mode (Single Input Double Output).pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/pt_BR
dc.subjectEnergia - Transferênciapt_BR
dc.subjectIndução eletromagnéticapt_BR
dc.subjectCircuitos elétricospt_BR
dc.subjectBobinaspt_BR
dc.subjectModelos matemáticospt_BR
dc.subjectSimulação (Computadores)pt_BR
dc.subjectConversores de corrente elétricapt_BR
dc.subjectEnergy transferpt_BR
dc.subjectElectromagnetic inductionpt_BR
dc.subjectElectric circuitpt_BR
dc.subjectElectric coilspt_BR
dc.subjectMathematical modelspt_BR
dc.subjectComputer simulationpt_BR
dc.subjectElectric current converterspt_BR
dc.titleTransferência de energia sem fio por indução eletromagnética - IPT: contribuições para a maximização do rendimentopt_BR
dc.title.alternativeInductive power transfer - IPT: contributions to maximize efficiencypt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR
dc.description.resumoCom a crescente demanda por dispositivos móveis, robôs, drones e veículos elétricos, a transferência de energia sem contato elétrico para recarga das baterias desses dispositivos é tema atual de pesquisa em nível global. No presente trabalho, é abordada a transferência de energia sem fio por meio da indução eletromagnética (IPT) com proposição de técnicas que visam o aumento de rendimento. Nesse contexto, foi construído um protótipo IPT ressonante Série-Paralelo com potência nominal de 100 W. Quando utilizado o método iterativo de projeto proposto, na distância de 1 cm, o rendimento global medido foi de 94%, um aumento de 2,9%, em comparação aos métodos de especificação dos capacitores por equacionamento. Nessa perspectiva, é proposta uma nova topologia de retificador dobrador de corrente síncrono com autocomando que não requer processamento ou qualquer instrumentação para se manter sincronizado com o circuito ressonante, podendo ser usado em MOSFETs de silício ou SiC que suportem tensão simétrica de comando. A verificação experimental da retificação síncrona alcançou o rendimento global máximo de 94,8%. Como proposta de aplicação em uma estação remota de recargas de UAVs, o protótipo do sistema IPT foi integrado a uma bateria e um módulo fotovoltaico por meio um conversor Three-Port, cuja operação foi dividida em Modo 1, Modo 2 e Modo 3. No Modo 1, a energia é transferida da bateria para o sistema IPT por modulação phase-shift sob frequência constante. O controle dos parâmetros da carga do sistema IPT é realizado a partir da potência de entrada e da tensão de carga, realimentada por meio de comunicação sem fio. Na transferência de energia do módulo fotovoltaico para a bateria, Modo 2, o conversor full-bridge opera como um boost paralelo utilizando a técnica ZVRT (Zero-Voltage Resonant-Transition) com frequência variável, obtendo comutação ZVS em todos os interruptores e rendimento de 96,25% na máxima potência. O Modo 3 compreende a transferência simultânea de energia entre as três portas. O conversor controla o sistema IPT por modulação phase-shift sob frequência constante, enquanto o fluxo de energia entre o módulo fotovoltaico e a bateria é controlado pela razão cíclica da modulação PWM. Para ocorrer comutação suave nos interruptores, foi adicionado um indutor auxiliar entre os braços do conversor e utilizado controle assimétrico de corrente nos indutores boost. A utilização desta técnica de controle permitiu a operação de ambos os braços do conversor sob o mesmo limite de comutação suave, além do aumento do indutor auxiliar em cerca de quatro vezes e da diminuição de perdas por condução. Os ensaios experimentais do conversor Three-Port em condições nominais de operação resultaram em rendimento global de 92,2%, no modo DISO (Double Input Single Output), e de 93,7%, no modo SIDO (Single Input Double Output).pt_BR
dc.degree.localCuritibapt_BR
dc.publisher.localCuritibapt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0002-8948-5205pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/3327693625189646pt_BR
dc.contributor.advisor1Gules, Roger-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-4037-9444pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8115378687801645pt_BR
dc.contributor.referee1Badin, Alceu Andre-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0003-3243-4092pt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8154562267050212pt_BR
dc.contributor.referee2Font, Carlos Henrique Illa-
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-8206-7617pt_BR
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3453361830000042pt_BR
dc.contributor.referee3Mezaroba, Marcello-
dc.contributor.referee3IDhttp://orcid.org/0000-0002-9888-5008pt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/6915611597263768pt_BR
dc.contributor.referee4Gules, Roger-
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0002-4037-9444pt_BR
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/8115378687801645pt_BR
dc.contributor.referee5Lazzarin, Telles Brunelli-
dc.contributor.referee5IDhttps://orcid.org/0000-0001-8598-8641pt_BR
dc.contributor.referee5Latteshttp://lattes.cnpq.br/2513940350875541pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrialpt_BR
dc.publisher.initialsUTFPRpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::AUTOMACAO ELETRONICA DE PROCESSOS ELETRICOS E INDUSTRIAISpt_BR
dc.subject.capesEngenharia Elétricapt_BR
Aparece nas coleções:CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial

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