Controle de frequência para otimização da potência em um sistema de transmissão de energia sem fios

Abstract

Nesse trabalho é apresentada uma estratégia de controle para manter a potência entregue a carga do link indutivo de um sistema de transferência de potência sem fios maximizada continuamente. Inicialmente, foi desenvolvido o modelo do link indutivo do sistema, de forma a encontrar uma expressão para a potência na carga. Em seguida, essa expressão foi analisada, buscando os pontos de potência máxima correspondentes às frequências ressonantes quando o fator de acoplamento magnético do link indutivo era variado. Assim, foi estabelecido um método para estimar esse fator de acoplamento k e consequentemente da indutância mútua M a partir do monitoramento direto da fase e do módulo da corrente de entrada do link e indireto da impedância de entrada. Portanto, a estratégia de controle proposta consiste em monitorar a corrente da fonte de entrada do link para estimar o fator de acoplamento magnético k e finalmente, sintonizar a fonte na frequência de ressonância associada ao coeficiente de acoplamento magnético pela função obtida fres(k). Os resultados experimentais mostraram que a estratégia proposta aumenta significativamente a potência entregue a carga em comparação a uma fonte de alimentação sintonizada em uma frequência fixa.

A control strategy is presented in this work to maintain the power delivered to a load continuously maximized at the output of a wireless power transfer system. Initially, the inductive link model of the system was developed in order to find an expression for the power delivered to the load. Thus, the maximum power delivered to the load points were obtained experimentally while the magnetic coupling factor of the inductive link was varied and associated with the frequency of the source. The frequency and magnetic coupling variables were related to the maximum power on the load by a simple analytic function. Thus, a method has been established to estimate the coupling factor k and consequently the mutual inductance M by direct monitoring of the phase and the module of the input current of the link and indirect monitoring of the input impedance. Therefore, the proposed control strategy is to monitor the current of the input source of the link to estimate the magnetic coupling factor k and finally to tune the source at the resonance frequencies associated to the magnetic coupling coefficient by the obtained function fres(k). The experimental results showed that the proposed strategy increases significantly the power delivered to the load compared to a power source tuned at a fixed frequency.