Primary-Side Power Capability Estimation for Optimal Current Distribution in LCC-LCC Compensated Multi-Transmitter Inductive Power Transfer Systems
Nome: MACKLYSTER LÃNUCY SCHERRE STÓFEL DE LACERDA
Data de publicação: 20/08/2025
Banca:
Nome |
Papel |
|---|---|
| CASSIANO RECH | Examinador Externo |
| DENIZAR CRUZ MARTINS | Examinador Externo |
| HELIO MARCOS ANDRE ANTUNES | Examinador Interno |
| LUCAS FRIZERA ENCARNACAO | Examinador Interno |
| WALBERMARK MARQUES DOS SANTOS | Presidente |
Resumo: Sistemas de Transmissão Indutiva de Potência (IPT) enfrentam limitações inerentes em condições de desalinhamento entre as bobinas de transmissão e recepção, resultando em acoplamento magnético reduzido e comprometimento da capacidade e eficiência de transferência de potência. Configurações com múltiplos circuitos de primário são empregadas para mitigar esses efeitos. Além de maior robustez frente a deslocamentos da bobina do secundário, tais sistemas oferecem melhor distribuição do campo magnético, redução das correntes de pico e menores esforços de tensão e corrente sobre os componentes de compensação primários. No entanto, a introdução de múltiplos primários gera desafios práticos para identificar com precisão a capacidade de transferência de potência de cada circuito de primário, uma vez que essa capacidade é diretamente influenciada pelas indutâncias mútuas, as quais variam dinamicamente com a posição espacial da bobina do secundário. Para lidar com esse desafio, esta tese apresenta um procedimento prático para identificar a capacidade de transferência de potência de cada circuito de primário em sistemas IPT com topologia de compensação LCC, baseado em medições diretas de tensão nos capacitores de compensação primários. A rotina proposta é executada antes do início da transferência de potência, permitindo determinar a potência transferível por cada circuito de primário para determinados níveis de corrente, sem exigir conhecimento da posição
da bobina do secundário ou simulações complexas de indutância realizadas previamente. Com base nesses resultados, é formulado um problema de otimização para calcular as correntes de operação que minimizam as perdas por condução nos indutores de primário, estabelecendo assim a distribuição de potência entre os circuitos primários. O método proposto é sustentado por uma formulação matemática inicialmente desenvolvida para sistemas IPT LCC monofásicos, em que o sistema é modelado por equações de condutância que incorporam os elementos resistivos da rede de compensação. Essa formulação é então estendida para a configuração com três primários e um secundário. A abordagem completa — incluindo modelagem, identificação e otimização — foi validada por meio de simulações realizadas no PSIM para um sistema IPT de 1,5 kW e por testes experimentais conduzidos em um protótipo de 200 W. O sistema obteve eficiência global de aproximadamente 86% nas simulações e 64% nos experimentos. Como o método não impõe restrições matemáticas ao nível de potência, ele pode ser aplicado a sistemas IPT de qualquer potência nominal.
