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Type: Tese
Title: Transferência indutiva de potência em baixas frequências para alimentação de sistemas subaquáticos isolados
Author: Lopes, Israel Filipe
First Advisor: Barbosa, Pedro Gomes
Referee Member: Soares, Guilherme Márcio
Referee Member: Almeida, Pedro Machado de
Referee Member: Schroeder, Marco Aurélio de Oliveira
Referee Member: Lima, Antonio Carlos Siqueira de
Resumo: Neste documento é apresentado um estudo sobre Transferência Indutiva de Potência, em baixas frequências, para aplicação em alimentação de sistemas subaquáticos isolados, com enfoque para Veículos Autônomos Subaquáticos (AUV). Para realizar a transferência de energia “sem fios” entre fonte e carga, um Transformador de Núcleo Separado (TNS) foi confeccionado. Dessa forma, o carregamento das baterias de um AUV pode ser feito durante o processo de docagem, com o veículo na água. Devido ao entreferro elevado, a tensão de saída e eficiência do TNS são comprometidos. Logo, um estudo para projetar e otimizar compensação de parâmetros do TNS, a partir da escolha da frequência de excitação e de capacitâncias em série e paralelo, é apresentado para definir um ponto de operação em que o transformador seja capaz de alimentar a carga com boa eficiência. Em virtude dos desalinhamentos entre a fonte e o AUV, que podem ocorrer durante a docagem, os parâmetros do TNS sofrem variações, alterando o fator de acoplamento, tensão de saída e a eficiência do sistema. Logo, o comportamento do TNS compensado foi investigado sob variações no entreferro e, em seguida, é desenvolvida uma estratégia de rastreamento de máximo rendimento do transformador somente com medições no primário. Para realizar os estudos mencionados e verificar o comportamento do TNS para variações no entreferro, um modelo matemático foi obtido por meio de uma metodologia de determinação de parâmetros com ensaios em vazio e em curto no transformador. Para o sistema de alimentação, foi construída uma fonte contendo um inversor com modulação PWM senoidal, ou em onda retangular, capaz de produzir tensão com frequência variável. Finalmente, é apresentada uma implementação experimental do sistema, demonstrando o funcionamento conforme esperado pelo modelo matemático, bem como o desempenho da estratégia de rastreamento de máximo rendimento para os casos de alimentação com tensão senoidal e com onda retangular.
Abstract: This document presents a study on low frequency Inductive Power Transfer (IPT) to supply isolated underwater systems, for instance, Autonomous Underwater Vehicles (AUV). To perform the wireless power transfer between source and load, a Split Core Transformer (SCT) was built. In this way, the batteries of the AUV can be charge during the docking process, with the vehicle in the water. Due to the gap, the output voltage and efficiency of the SCT are compromised. Therefore, to define an operating point where the transformer is able to supply the load with good efficiency, a study on compensation of the parameters of the SCT, based on the choice of the excitation frequency and series and parallel capacitances, is presented. Because of misalignment between the source and the AUV, during the docking process, the parameters of the SCT vary dramatically, changing the coupling factor, output voltage, and system effi-ciency. Therefore, the behavior of the compensated SCT was investigated under gap variations and a strategy to track the maximum efficiency of the SCT, without com-munication between primary and secondary, was developed. To perform these studies and to verify the behavior of the SCT under gap variations, a mathematical model, by means of a parameter determination methodology, was obtained from no load and short circuit tests on the SCT. The power supply of the system is composed to a variable frequency voltage source inverter with sinusoidal output voltage, or with a square wave output voltage. Finally, experimental results demonstrating the operation of the SCT as expected by the mathematical model, as well as the performance of the maximum efficiency tracking strategy, is presented.
Keywords: Transferência indutiva de potência
Transformador de núcleo separado
Determinação e compensação de parâmetros
Veículos autônomos subaquáticos
Rastreamento de máxima eficiência
Inductive power transfer
Separate core transformer
Transformer param-eter compensation
Autonomous underwater vehicle
Partial efficiency
Maximum efficiency point tracking
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/10129
Issue Date: 13-Mar-2019
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Elétrica (Teses)
PROQUALI - Teses



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