Transferencia inalámbrica de energía basada en acoplamiento inductivo resonante de campo cercano

Izquierdo Zuñiga, Galo (2017). Transferencia inalámbrica de energía basada en acoplamiento inductivo resonante de campo cercano. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM), Madrid.

Descripción

Título: Transferencia inalámbrica de energía basada en acoplamiento inductivo resonante de campo cercano
Autor/es:
  • Izquierdo Zuñiga, Galo
Director/es:
  • Ochoa Pérez, Pilar
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Fecha: 27 Septiembre 2017
Materias:
Escuela: E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM)
Departamento: Electrónica Física
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

El objetivo de este proyecto es el diseño y elaboración de una práctica de laboratorio dentro del campo del electromagnetismo estudiando el fenómeno de la witricidad. Para llegar a ese objetivo es necesario entender el funcionamiento de la witricidad, conocer sus conceptos básicos e implementarlos en el laboratorio de Física. Una de las premisas para la elaboración de este manual es que la práctica se adapte a los materiales disponibles en el laboratorio. Al trabajar con los solenoides disponibles en el laboratorio, en un momento del desarrollo de la práctica, es necesario el diseño de nuevas bobinas que permitan el estudio del fenómeno, debido a que, con las disponibles en el momento de comenzar el estudio, no eran adecuadas. La teoría de la witricidad se basa en el principio de campos magnéticos resonantes acoplados trabajando en la región no radiativa o reactiva que pertenece a la región de campo cercano. Se comienza haciendo un análisis de los conceptos teóricos que se necesitan para generar witricidad, luego se emplea un programa de simulación de circuitos (Pspice) para finalmente con los datos calculados y simulados llevarlos a una práctica de laboratorio con su respectivo presupuesto. El montaje consta de un sistema que está formado fundamentalmente de un circuito transmisor y un circuito receptor. El circuito transmisor está formado por una bobina y un condensador colocado en serie y a su vez es alimentado por una señal sinusoidal que varía con el tiempo. El circuito receptor está formado por otra bobina que está en serie con otro condensador y a su vez tiene conectado una carga. Circuito transmisor y receptor se encuentran separados físicamente distancias superiores a 10 cm a lo largo del eje imaginario que une las bobinas emisora y receptora. La teoría de la witricidad se basa en el concepto de resonancia entre dos objetos resonantes y acoplados. El objetivo de colocar el condensador en serie en el circuito transmisor es acoplar la señal que proviene del generador de señales con la bobina transmisora, y de sintonizar la frecuencia de resonancia del sistema. La función que cumple el condensador en el circuito receptor es sintonizar la frecuencia de resonancia del sistema y adaptar la impedancia de carga consiguiendo la máxima transferencia de potencia posible. También se aborda la seguridad de la exposición del ser humano, según normativa del ICNIRP o del IEEE, a niveles de campo magnético o densidad de potencia que estén dentro de los niveles de referencia cumpliendo unas restricciones básicas. Finalmente, se presenta las ventajas y desventajas que presenta esta tecnología junto con las aplicaciones que lleva su uso. ABSTRACT. The objective of his project is the design and development of a laboratory practice, within the electroagnetism field, to study the witricity phenomenon. To reach this objective, it is necessary to understand how witricity works, know its basic concepts, and implement them in a Physics laboratory. One of the premises to produce this manual is that the practice adapts to the materials availble in the laboratory. When working with the coils and solenoids available in the lab, at a certain point during the development of the practice, it is necessary to design new coils which allow the study of the phenomenon, because the coils available at the moment the study begins, are not adequate enough to design a manual for the practice. Witricity is based in the principle of resounding magnetic coupled fields working in the non radiative or reactive region, which belongs to the near field region. We will start by placing witricity within the group of wireless transmissons which currently exist. Later, we will do an analysis of the theorical concepts needed to generate witricity. After that, we will use a circuit simulation program (Pspice) to, with the calulated and simulated data, test them in a laboratory practice with its corresponding budget. At the end we can find attached a guide to the practice where we have highlighted the most relevant points to carry it out. The system consists mainly of a transmitting circuit which is made up of a coil with a geometrical design adequate to resonate with a capacitor installed in series with the coil. This circuit is fed with a sinusoid signal which varies with time. The system is also made up of a receiving circuit which is made up of a coil in series with another capacitor, and at the end of it, a load (a LED) is connected. The transmitting and receiving circuits are physically separated with distances greater than 10cm along the imaginary axis which connects the coils from both circuits. Witricity is based on the principle that both the transmitting and receiving circuits are working on the same resonance frequency. The purpose of placing the capacitor in series in the transmitting circuit is to couple the signal coming from the signal generator with the transmitting coil and to tune the resonance frequency of the system. The purpose of the capacitor from the receiving circuit is to tune the resonance frequency of the system and to adapt the load impedance to achieve the maximum transfer of power. In this practice it was not possible to switch on a LED at distances greater than 50 cm. This is because we are working in the non radiative or reactive region, which can be found in the near field region,which is the nearest to the transmitting coil. A budget has been studied, where the importance of obtaining a single-line copper wire with the lowest AWG possible is highlighted. It is also considered the safety of the exposure of the human being, according to the ICNIRP or IEEE, to magnetic field levels or power density which are within the reference levels and comply with the basic restrictions that state the previous organizations. Finally, the pros and cons that this techonology presents, together with the possible applications of this techonology.

Más información

ID de Registro: 49751
Identificador DC: http://oa.upm.es/49751/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:49751
Depositado por: Biblioteca Universitaria Campus Sur
Depositado el: 15 Mar 2018 08:25
Ultima Modificación: 15 Mar 2018 08:25
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