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Título: Estudo da transferência de energia por acoplamento eletromagnético por circuitos ressonantes utilizando amplificador classe E
Título(s) alternativo(s): Study of wireless transfer power using eletromagnetic coupling with class e amplifier and ressonant circuits
Autor(es): Ribeiro, Ayslan Cristiano
Santos, Eduardo Sidnei
Orientador(es): Pinho, Antônio Carlos
Palavras-chave: Energia elétrica - Transmissão
Amplificadores de potência
Métodos de simulação
Ondas eletromagnéticas
Circuitos elétricos
Engenharia elétrica
Electric power transmission
Power amplifiers
Simulation methods
Electromagnetic waves
Electric circuits
Electric engineering
Data do documento: 16-Jun-2016
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: RIBEIRO, Ayslan Cristiano; SANTOS, Eduardo Sidnei dos. Estudo da transferência de energia por acoplamento eletromagnético por circuitos ressonantes utilizando amplificador classe E. 2016. 111 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016.
Resumo: O presente trabalho apresenta o projeto e implementação de um protótipo para a transmissão de energia sem fio por acoplamento eletromagnético utilizando o fenômeno da ressonância. O sistema estudado tem a possibilidade de utilização em diversas aplicações, tais como a alimentação de iluminação LED e dispositivo de carregamento de celulares. O protótipo possui duas unidades base, sendo o circuito primário (emissor) constituído por um amplificador de potência classe E operando a uma frequência de aproximadamente 200 kHz e o circuito secundário (receptor) formado por uma bobina ressonante (paralelo) e um circuito de retificação, filtro e regulação da tensão entregue à carga. São demonstrados os cálculos de projeto para dimensionamentos dos componentes das duas unidades (emissor e receptor). Após a etapa de projeto, são apresentadas as simulações de operacionalização, verificando as curvas e características de funcionamento do mesmo. Em seguida, são expostos os procedimentos de montagem e ensaios de validação com variação de parâmetros (frequência e distância entre as bobinas) e verificação das modificações nos valores das grandezas elétricas. Os ensaios realizados apontam uma eficiência global de aproximadamente 25 % para alimentação de uma barra de LED à uma distância de 4 cm, sendo a eficiência máxima encontrada de aproximadamente 50 % à uma distância de 2 cm. Para a alimentação do circuito de carregamento de celulares, verificou-se uma eficiência global de 11% para a distância de 4 cm (circuito operando à 180 kHz) e 23 % para a distância de 1 cm (circuito operando à 200 kHz. Verificou-se que o circuito tem sua melhor operação para a frequência de 195 kHz e pode alimentar cargas para uma distância de até 10 cm (barra LED) e 4 cm (celular) com alimentação de entrada em 5 Vcc.
Abstract: This present paper discusses the design and implementation of a prototype for wireless transmission based on electromagnetic coupling using the resonance phenomenon. The system studied has a vast possibility of applications, such as power LED and charging devices. The prototype has two base units, the primary circuit (transmitter) consists of a Class E power amplifier operating at approximately frequency of 200 KHz and the secondary circuit (receiver) is formed by a resonant coil (parallel) and a rectification circuit , filter and voltage regulator. The design calculations for dimensioning the components of the two units (transmitter and receiver) are demonstrated. Once finished the design stage, the operational simulations curves are presented. Then, the assembly procedures and validation of tests with parameter variation are exposed (frequency and distance between coils) and changes of the electrical parameters are verified. The tests show an overall efficiency of about 25% to power an LED bar at a distance of 4 cm, and found the highest efficiency of about 50% at a distance of 2 cm. For the feeder device charging circuit, it was measured an overall efficiency of 11% for 4 cm (circuit operating at 180 kHz) and 23% for the distance of 1 cm (circuit operating at 200 kHz. The circuit has its best operation for the frequency of 195 kHz and can power loads to a distance up to 10 cm (LED bar) and 4 cm (cellphone) with input power at 5 Vdc.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10099
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