Wireless power transfer system through a ball joint
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Ficheros
Resumen
El proyecto se basa en la transferencia inalámbrica de potencia a través de una junta de bola. Pretende ser una prueba de concepto para demostrar su posible utilización en aplicaciones industriales y de un estudio sobre el acoplamiento inductivo resonante.
El sistema diseñado parte de una fuente de tensión de 20 VDC, luego un inversor de clase D en puente en H genera una señal de 3 niveles (-20, 0, 20 V) a la frecuencia de resonancia, que es 50 KHz, de la que se extrae una señal senoidal. Transmitida la señal, se rectifica con un rectificador de onda completa.
Los objetivos del proyecto se pueden resumir en la realización de un sistema capaz de transferir al menos 1W de potencia con un 20% de eficiencia mínima del sistema, para ángulos entre 0 y 30 grados. Dichos objetivos son conseguidos, con una eficiencia pico del 47% y una potencia de salida de 3 W para 0 grados, y del 35% y en torno a 1.75 W para 30 grados.
En este trabajo se incluye, en primer lugar, el diseño de cada uno de los componentes: el condensador de entrada, el inversor, el sistema resonante, los gate driver, el rectificador y el montaje y código del microcontrolador. Posteriormente, se incluyen las simulaciones en Simulink del sistema completo y por último los resultados experimentales del mismo.
This project is about wireless power transfer through a ball joint. It aims to be a proof of concept for its possible usage in industrial applications, as well as a study of the resonant inductive coupling.
The designed system uses an input of 20 VDC, then a full-bridge class D inverter that generates a 3 level wave (-20, 0, 20 V) at the resonant frequency, which is 50 KHz. From this signal a sine wave is extracted, transferred and rectified by a full-wave rectifier at the other side.
The objectives of the project can be summarized in the accomplishment of a system capable of transferring at least 1W of power with a minimum efficiency of 20%, for joint angles between 0 and 30 degrees. These objectives were fulfilled, with a peak efficiency of 47% and an output power of 3W for 0 degrees, and 35% efficiency and about 1.75W for 30 degrees.
This work includes, firstly, the design of the components of the circuit: the input capacitor, the inverter, the resonant system, the gate drivers, the rectifier and the assembly and code of the microcontroller. Later, the Simulink simulations are included, and finally, the experimental results are analysed.
