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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38135| Título: | Uma análise matemática e experimental de 3 e 4 bobinas acopladas magneticamente em sistemas de transferência de potência sem fio |
| Título(s) alternativo(s): | A mathematical and experimental analysis of three- and four-coil magnetically coupled systems in wireless power transfer |
| Autor(es): | Moraes, Fábio Brignol de |
| Orientador(es): | Abatti, Paulo José |
| Palavras-chave: | Transmissão de energia sem fio Bobinas Energia elétrica - Transmissão Circuitos elétricos - Análise Indução eletromagnética Modelos matemáticos Wireless power transmission Electric coils Electric power transmission Electric circuit analysis Electromagnetic induction Mathematical models |
| Data do documento: | 9-Mai-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | MORAES, Fabio Brignol de. Uma análise matemática e experimental de 3 e 4 bobinas acopladas magneticamente em sistemas de transferência de potência sem fio. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025. |
| Resumo: | Este trabalho demonstra que, embora sistemas de transferência de energia sem fio (WPT) com três bobinas geralmente apresentem maior eficiência e capacidade de fornecimento de potência à carga do que sistemas equivalentes com quatro bobinas, a topologia de quatro bobinas possibilita características únicas que não podem ser alcançadas em configurações de três bobinas. Em particular, propõe-se um método para otimizar a potência entregue à carga, no qual a eficiência torna-se independente da indutância mútua entre as bobinas de comunicação (bobinas 2 e 3), mantendo-se válida para qualquer resistência de carga. As condições necessárias para esse comportamento são derivadas, apoiadas em análise de circuitos e validação experimental. Para os experimentos, foram construídas cinco bobinas solenoidais idênticas (150 mm de diâmetro, 22 espiras de fio 20 AWG, ≈138 µH em 552 kHz). Os resultados mostram que, na configuração de quatro bobinas, as bobinas três e quatro podem se comportar como uma única unidade quando dispostas próximas entre si, permitindo otimizar a transferência de potência independentemente do valor da carga (RL) e confirmando a viabilidade de controlar a eficiência da transmissão por meio do ajuste da indutância mútua (M34). |
| Abstract: | This work demonstrates that, although wireless power transfer (WPT) systems with three coils generally achieve higher efficiency and power delivery to the load than equivalent four-coil systems, the four-coil topology enables unique characteristics not achievable with three coils. In particular, a method is proposed to optimize the power delivered to the load, in which the efficiency becomes independent of the mutual inductance between the communication coils (coils 2 and 3), and remains valid for any load resistance. The necessary conditions for this behavior are derived, supported by circuit analysis and experimental validation. Five identical solenoidal coils (150 mm diameter, 22 turns, 20 AWG wire, ≈138 µH at 552 kHz) were constructed for the experiments. Results show that, in the four-coil configuration, coils three and four can behave as a single unit when closely spaced, enabling power transfer optimization regardless of the load (RL), and confirming the feasibility of controlling transmission efficiency through adjustment of the mutual inductance (M34). |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38135 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
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