3 ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO
5.2 MODELAGEM E SIMULAÇÃO NO DOMÍNIO DO TEMPO
O modelo matemático apresentado na seção 4.2.1 é verificado empregando o software PSIM. O esquemático utilizado é apresentado na figura 65.
Figura 65- Circuito para simulação no domínio do tempo
Fonte: Prof. Mikhail
Através da simulação deste circuito, a tensão de saída será simulada para os 3 casos, em que k=0.238, k=0.6923 e k=0.8902. A seguir, são mostradas as respostas das simulações para os casos selecionados.
Figura 66- Resposta no tempo para k=0.238
Fonte: Próprio autor
Dados obtidos na simulação para k=0.238: M = 86μH; fs= 98 kHz; Vout = 13,95 Vrms Figura 67- Resposta no tempo para k=0.6329
Dados obtidos na simulação para k=0.6329: M = 228,76μH; fs = 121 kHz; Vout,rms = 14,58 V
Figura 68- Resposta no tempo para k=0.8902
Fonte: Próprio autor
Dados obtidos na simulação para k=0.8902: M = 321,76μH; fs = 202 kHz; Vout = 11,77 Vrms
Com os resultados obtidos pelas simulações nos dois domínios, frequência e tempo, para os 3 casos selecionados, a medição para cada caso é feita no protótipo e são mostradas nas figuras 69, 70 e 71 a seguir.
Para um coeficiente de acoplamento de 0.238 a tensão de saída medida (curva azul) foi de 24,2Vrms, para o coeficiente de acoplamento de 0.6329 a tensão de saída medida foi de 18,8Vrms e para o coeficiente de acoplamento de 0.8902 a tensão de saída medida foi de 12,02Vrms. A tensão apresentada nas imagens foi medida com a carga de 47Ω/50W diretamente ligada na bobina receptora.
Figura 69- Tensão de saída para k=0.238
Fonte: Próprio autor
Figura 70- Tensão de saída para k=0.6329
Figura 71- Tensão de saída para k=0.8902
Fonte: Próprio autor
Para avaliar o rendimento da transmissão de energia wireless, o caso em que k=0.238 é escolhido como ponto de operação. O circuito é ligado com as bobinas a uma distância de 47mm( distância para k=0.238) para avaliação dos resultados.
Através da figura 69, se observa que a frequência de chaveamento, para k=0.238, foi mantida numa frequência (frequência de ressonância) em que não ocorre atraso de fase da corrente na bobina transmissora com relação à tensão de chaveamento do circuito inversor. A tensão na carga de 47Ω/50W conectada a bobina receptora e a corrente de consumo do circuito foram medidos e os resultados finais são apresentados na figura 73.
Figura 72- Defasagem da corrente transmissora em ݀ ൌ Ͷ݉݉
Fonte: Próprio autor
Figura 73- Resultados finais para ݀ ൌ Ͷ݉݉
6 CONCLUSÃO
Comparando os resultados obtidos com as simulações em ambos os domínios, frequência e tempo, conclui-se que os dois métodos apresentaram respostas semelhantes, servindo de base para avaliação dos resultados obtidos nas medições do protótipo.
Para um coeficiente de acoplamento de k=0.238, a tensão de saída obtida na simulação no domínio da frequência foi de ܸ௨௧ǡ௦ ൌ ͳͲǡͻܸ, enquanto na simulação no domínio do tempo foi obtido ܸ௨௧ǡ௦ ൌ ͳ͵ǡͻͷܸ. Para k=0.6329, a tensão de saída obtida na simulação no domínio da frequência foi de ܸ௨௧ǡ௦ ൌ ͳǡͳͷܸ, enquanto na simulação no domínio do tempo foi de ܸ௨௧ǡ௦ ൌ ͳͶǡͷͺܸ. Já para k= 0.8902, a tensão de saída obtida na simulação no domínio da frequência foi de ܸ௨௧ǡ௦ ൌ ͳ͵ǡͳܸ, enquanto na simulação no domínio do tempo foi de ܸ௨௧ǡ௦ ൌ ͳͳǡܸ. Estes resultados são apresentados na seção 5.
Comparando os resultados obtidos nas medições do protótipo (figuras 69, 70 e 71, curva azul) com os obtidos nas simulações (seção 5), conclui-se que a transmissão de energia ocorreu de forma satisfatória, pois os resultados obtidos na prática ficaram bem próximos dos resultados obtidos nas simulações.
Com o caso em que k=0.238, distância entre bobinas de 47mm, escolhido para avaliação do rendimento do carregador, os seguintes cálculos são efetuados, conforme figura 73. ܲ ൌ ܸή ܫଵ ൌ ͵ͲܸǤ Ͳǡͺ͵ͷܣ ൌ ʹͷǡͲͷܹ (39) ܲݑݐ ൌೠమ ோಽ ൌ ଶହǤଵమ ସπ ൌ ͳ͵ǡͶܹ (40) ᐭ ൌೠ ൌ ଵଷǡସௐ ଶହǡହௐൌ Ͳǡͷ͵ כ ͳͲͲΨ ൌ ͷ͵Ψ (41)
Na figura 75, são apresentadas a corrente de consumo do circuito (curva rosa) durante a transmissão, usada para o cálculo da potência de entrada apresentada na equação 39, a corrente na bobina transmissora (curva amarela), a tensão na carga de 47Ω/50W diretamente conectada a bobina receptora (curva azul), usada para cálculo da potência de saída na equação 40, e o chaveamento do circuito inversor (curva verde).
realizado a uma distância de 4,7cm (47mm) é de 53%, a potência de saída do carregador é de 13,4W e a corrente de saída é de 0,54A aproximadamente.
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABOUT THE WIRELESS POWER CONSORTIUM. Disponível em:
<https://www.wirelesspowerconsortium.com/about/>. Acesso em 3 maio 2017.
ABREU, Reinaldo Lima de. Projeto e Desenvolvimento de Dispositivo para Transmissão
de Energia Elétrica sem Fios por Modos Ressonantes, 2012. Pós-graduação em engenharia
Elétrica- Universidade federal de Itajubá. Disponível em:
<http://saturno.unifei.edu.br/bim/0039915.pdf>. Acesso em: 7 mar. 2017.
AGENCIA ESTADO. Cientistas conseguem transmitir eletricidade sem fio, 2007. Disponível em:
<http://www.estadao.com.br/noticias/geral,cientistas-conseguem-transmitir-eletricidade-sem- fio,8218>. Acesso em: 13 abril 2017.
ANTÓNIO, Francisco. BMW 530e vai poder ser carregado sem fios. Disponível em: <http://observador.pt/2017/05/12/bmw-530e-vai-poder-ser-carregado-sem-fios/>. Acesso em: 25 abril 2017.
AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência. Tradução Bazán Tecnologia e linguística. São Paulo: Prentice Hall, 2000.
ÁVILA, Irineu. Transmissão de energia elétrica sem fio: estudo e demonstração prática, 2016. CONFERÊNCIA DE ESTUDOS EM ENGENHARIA ELÉTRICA- Faculdade de tecnologia Carlos Drummond de Andrade. Disponível em:
<http://www.ceel.eletrica.ufu.br/artigos/ceel2016_artigo008_r01.pdf>. Acesso em: 10 mar. 2017
CANCELIER, Mariela. Qualcomm começa demonstrações de carregamento sem fio em
carros elétricos. Disponível em:
<http://adrenaline.uol.com.br/2017/05/18/49730/qualcomm-comeca-demonstracoes-de- carregamento-sem-fio-em-carros-eletricos-/>. Acesso em: 18 abril 2017.
CENCI, Bárbara R. Transmissão de energia elétrica sem fio: Uma proposta para
integração entre conhecimentos de engenharia elétrica e de ensino médio, 2013.
CONGRESSO BRASILEIRO DE EDUCAÇÃO EM ENGENHARIA. Disponível em: <http://www.fadep.br/engenharia-eletrica/congresso/pdf/118533_1.pdf>. Acesso em: 10 mar.
2017.
DATASHEET PIC16F887. Disponível em:
<http://html.alldatasheet.com/htmlpdf/197543/MICROCHIP/PIC16F887/3946/8/PIC16F887.
DIAS, Gustavo. Renault experimenta carregamento de veículos elétricos em andamento. Disponível em: < http://motormais.pt/2017/05/renault-experimenta-carregamento-veiculos-
electricos-andamento/>. Acesso em: 17 maio 2017. FILDES, Jonathan. Cientistas conseguem transmitir eletricidade sem fio. Disponível em:
<http://www.bbc.com/portuguese/reporterbbc/story/2007/06/070608_eletricidadesemfio_ac.s html>. Acesso em: 27 abril 2017.
FRANKLIN, Luccas. Na mão: carregador sem fio da Samsung. Disponivel em:
<http://exame.abril.com.br/tecnologia/na-mao-carregador-sem-fio-da-samsung/>. Acesso: 7 maio 2017. GARRET, Filipe. Novo monitor da Asus tem carregador de bateria embutido e tela 4K. Disponível em: <http://www.techtudo.com.br/noticias/noticia/2017/01/novo-monitor-da-asus-tem-carregador-de-bateria- embutido-e-tela-4k-ces-2017.html>. Acesso em: 12 maio 2017.
HART, Daniel W. Eletrônica de Potência: Análise e projeto de circuitos. Tradução: Romeu Abdo. Porto Alegre: AMGH, 2012.
INFINEON. Wireless charging for consumer – solution offerings, 2017. Mensagem recebida por <[email protected]> em 26 abril 2017.
INTERNATIONAL RECTIFIER. Datasheet: Self-Oscillating Half-Bridge Driver, 2006. Disponivel em: <http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2153.pdf>. Acesso em: 16 maio 2017.
KOSOW, Irwing. Máquinas elétricas e transformadores. São Paulo: Globo, 2005.
LIU, Ming. Battery Charging Profile-Based Parameter Design of A 6.78-MHz Class E2
Wireless Charging System, 2017. Mensagem recebida por <[email protected]> em 26 abril
2017.
MARTINS, André Brandão. Carregador de Baterias sem Contacto para Alimentação de
Equipamento Electrónico de Transmissão de Dados, 2011. Dissertação para obtenção do
grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Universidade Técnica de Lisboa. Mensagem recebida por <[email protected]> em 18 agosto 2017.
MIGUEZ, Bruno Silva Rodriguez. Demonstração da Lei de Indução de Faraday e Lei de
Lenz, 2010. Disponível em:
<http://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F809_sem1_2010/ BrunoS-Kemp_F609_RF1.pdf>. Acesso em: 10 agosto 2017.
MIRANDA, Caio Marcelo de. Equacionamento e modelagem da bobina bifilar de Tesla e
proposta da sua utilização como um sensor biotelemétrico autorressonante, 2012.
Disponível em:
MUSSOI, Fernando Luiz Rosa. Resposta em frequência: Filtros passivos, 2004. Disponível em: <http://intranet.ctism.ufsm.br/gsec/Apostilas/filtropassivo.pdf>. Acesso em: 25 out 2017. NÓBREGA, Kléber Zuza. Aplicações para a tecnologia de transmissão de energia wireless
através da indução magnética e sistemas ressonantes, 2012. Disponível em:
<http://propi.ifto.edu.br/ocs/index.php/connepi/vii/paper/viewFile/5420/2594>. Acesso em: 7 mar. 2017.
ORSINI, Luiz de Queiroz. Curso de circuitos elétricos. 2. ed.- São Paulo: Editora Blucher, 2002.
PERDIGÃO, Marina Mendes Sargento Domingues. Estudos sobre Balastros Electrónicos, 2004. Dissertação submetida para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica e de computadores. Universidade de Coimbra, Coimbra, 2004. Recebido de Mikhail Polonski. PERTENCE, Antonio . Amplificadores Operacionais e Filtros Ativos. 4.ed-São Paulo: Editora Mcgraw-Hill,1988.
PICHORIM, Sérgio Franscisco. Estudo de bobina bifilar de Tesla como sensor para
engenharia biomédica, 2010. Disponível em:
<https://www.researchgate.net/publication/228994258_ESTUDO_DE_BOBINA_BIFILAR_ DE_TESLA_COMO_SENSOR_PARA_ENGENHARIA_BIOMEDICA>. Acesso em: 5 abr. 2017.
PICHORIM, Sérgio Franscisco. Estudo de bobinas para sensores e telemetria, 2011. Disponível em:
<http://paginapessoal.utfpr.edu.br/pichorim/PESQUISA/Estudo_Bobinas_Telemetria_Sensor.
pdf/at_download/file>. Acesso em: 5 abr. 2017.
PICKELSIMER, Michael Christopher. Wireless Power Transfer System with Power FactorCorrection for Electric Vehicles, 2012. Mensagem recebida por <[email protected]>
em 18 agosto 2017.
RASHID, Muhammad H. Eletrônica de Potência: Circuitos, dispositivos e aplicações. São Paulo: Makron Books, 1999.
SADIKU, Matthew N.O. Elementos de eletromagnetismo; tradução: Jorge Amoretti Lisboa, Liane Ludwig loder. 5. ed.-Porto Alegre:Bookman, 2012.
Samsung. Carregador sem fio Premium. Disponível em:
<http://www.samsung.com/br/mobile-accessories/wireless-charger-pad-pg920-galaxy-s6/EP- PG920IWEGBR/>. Acesso em: 15 maio 2017.
Samsung. Galaxy S7. Disponível em:
<http://www.samsung.com/br/smartphones/galaxy-s7-g930f/SM-
G930FZKPZTO/?cid=br_ppc_google_cad1*3srch-sph3018*001_20170304_galaxy-s7>. Acesso em: 16 maio 2017.
SHIBUKAVA, Guilherme Hideki. Transmissão de energia sem fio: Estudo por indução
eletromagnética e acoplamento magnético ressonante, 2016. Disponível em:
<https://www.unicesumar.edu.br/mostra-2016/wp-
content/uploads/sites/154/2017/01/guilherme_hideki_shibukawa.pdf>. Acesso em 13 abr. 2017.
TARTAS, Douglas. Led Driver, 2014. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Engenharia Elétrica)- Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, 2014.
THEODOROPOULOS, Theodoros. Smart grid architectures for dynamic wireless ev
charging. Torino, Itália: 2016. Mensagem recebida por <[email protected]> em 26 abril
2017.
Vishay Siliconix. Power MOSFET IRF740, 2011. Disponível em: <https://www.vishay.com/docs/91054/91054.pdf>. Acesso em 15 outubro 2017.