Modelación y construcción de un enlace inductivo rf para transferencia inalámbrica de energía

Abstract

En este informe se presenta la modelación y construcción de un sistema de Transferencia Inalámbrica de Energía utilizando un enlace inductivo. Se realiza una revisión de la teoría de Electromagnetismo, resonancia de circuitos LC y estudio de estrategias de control para estos enlaces...... El enlace inductivo utilizado es del tipo bobinas paralelas, energizado mediante un amplificador de conmutación Clase E auto-sintonizado. La frecuencia de operación del sistema es 1 [MHz]. Se diseña las etapas del sistema y comprueba su funcionamiento a través de simulaciones computacionales, mediante el uso de los Software Multisim 11.0 y Comsol 4.4. Una vez realizado el diseño y simulaciones de las etapas del sistema, se construyó un prototipo para verificar experimentalmente el diseño. Se realiza una comparación del enlace inductivo operando a una frecuencia fija y un enlace operando a frecuencia variable. En ambos casos la frecuencia de operación del enlace se ajusta mediante la utilización de amplificadores conmutados clase E. Se presentan las pruebas de funcionamiento del sistema realizadas y se analiza los resultados para un rango de desplazamiento entre la bobina del circuito transmisor y la bobina del circuito receptor de 0[mm] a 100[mm]. Para el caso del sistema energizado a través de un Amplificador clase E auto-sintonizado, se obtuvieron voltajes en la resistencia de carga de la etapa de rectificación del circuito receptor entre 1.1 [V] a 32.2 [V], una eficiencia del amplificador entre 70.2% a 80.3%, una eficiencia del enlace inductivo entre 0.01% a 22.3% y una eficiencia del sistema entre 0.01% a 16.8%, para distintas distancias. Para el caso del sistema energizado a través de un Amplificador clase E, se obtuvieron voltajes en la resistencia de carga de la etapa de rectificación del circuito receptor entre 5.1 [V] a 55.1 [V], una eficiencia del amplificador entre 20.2% a 72.3%, una eficiencia del enlace inductivo entre 0.01% a 71.4% y una eficiencia del sistema entre 0.01% a 26.7%, para distintas distancias. En conclusión se determina que en un rango de 0[mm] a 6[mm] el sistema energizado con un amplificador clase E auto-sintonizado presentó una eficiencia de 14.2% a 16.8%, en comparación del sistema energizado por un amplificador clase E que presentó una eficiencia de 11,2% a 15.6%. Para un rango de 6[mm] a 18 [mm] la eficiencia del sistema con amplificador clase E auto-sintonizado fluctuó en un rango de 6.2% a 16.8%, mientras que la eficiencia del sistema con un amplificador clase E fluctuó entre 15.6% a 26.5%. Por lo tanto, se obtuvieron mejores valores de eficiencia en un rango de 0[mm] a 6 [mm] para el amplificador clase E auto-sintonizado y mejores resultados de eficiencia en un rango de 6[mm] a 18[mm] con un amplificador Clase E.