Primary-side power capability estimation for optimal current distribution in LCC-LCC compensated multi-transmitter lnductive power transfer systems

Página do item simplificado
dc.contributor.advisor1Santos, Walbermark Marques dos
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-9871-6028
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5558697161842579
dc.contributor.authorLacerda, Macklyster Lãnucy Scherre Stofel de
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-6673-8716
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0110962438935308
dc.contributor.referee1Encarnação, Lucas Frizera
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-6162-7697
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5578918284508758
dc.contributor.referee2Antunes, Helio Marcos Andre
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0001-8247-6448
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/7601860538588447
dc.contributor.referee3Rech, Cassiano
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0001-8225-9240
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/9375639768929991
dc.contributor.referee4Martins, Denizar Cruz
dc.contributor.referee4ID0000-0002-0806-1831
dc.contributor.referee4Lattes http://lattes.cnpq.br/6156546664055944
dc.date.accessioned2025-10-24T17:52:27Z
dc.date.available2025-10-24T17:52:27Z
dc.date.issued2025-08-20
dc.description.abstractInductive Power Transfer (IPT) systems face inherent limitations under misalignment be tween transmitter and receiver coils, leading to reduced magnetic coupling and compromised power capacity and efficiency. Configurations with multiple primary circuits are employed to mitigate these effects. In addition to increased robustness against positional variation, such systems offer improved magnetic field distribution, reduced peak currents, and lower voltage and current stresses on the primary compensation components. Nevertheless, the introduction of multiple primaries creates practical challenges in accurately identifying the power transfer capability of each primary circuit, as this capability is directly influenced by the mutual inductances, which vary dynamically with the spatial position of the secondary coil. To address this challenge, this thesis presents a practical procedure to identify the power transfer capability of each primary circuit in IPT systems with LCC compensa tion topology, based on direct voltage measurements across the primary compensation capacitors. The proposed routine is executed before initiating power transfer, allowing the determination of the power transferable by each primary circuit at specific current levels without requiring knowledge of the secondary coil’s position or complex offline inductance simulations. Based on these results, an optimization problem is formulated to compute the operating currents that minimize conduction losses in the primary inductors, thereby establishing the power distribution among the primary circuits. The proposed method is supported by a mathematical framework initially developed for single-phase LCC IPT systems, where the system is modeled through conductance equations that incorporate the resistive elements of the compensation network. This formulation is then extended to the three-primary, single-secondary configuration. The complete approach—comprising modeling, identification, and optimization—was validated through simulations performed in PSIM for a 1.5 kW IPT system and experimental tests conducted on a 200 W prototype. The system achieved an overall efficiency of approximately 86% in simulations and 64% in experiments. Since the method imposes no mathematical restrictions on power level, it can be applied to IPT systems of any rated power
dc.description.resumoSistemas 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 trans ferência 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 in dutâncias 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. 
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Espírito Santo (FAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/20529
dc.languagepor
dc.language.isoen
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Engenharia Elétrica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
dc.rights embargoed access
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectTransmissão indutiva de potência
dc.subjectCarregamento de veículos elétricos
dc.subjectConfiguração com três primários
dc.subjectCompensação LCC-LCC
dc.subjectRobustez a desalinhamentos
dc.subjectEstimação de parâmetros
dc.subjectAnsys Maxwell®
dc.subjectPSIM®
dc.subjectMATLAB®
dc.subjectInductive power transfer
dc.subjectElectric vehicle charging
dc.subjectThree-primary configuration
dc.subjectLCC-LCC compensation
dc.subjectMisalignment robustness
dc.subjectParameters estimation
dc.subject.cnpqEngenharia Elétrica
dc.titlePrimary-side power capability estimation for optimal current distribution in LCC-LCC compensated multi-transmitter lnductive power transfer systems
dc.typedoctoralThesis
Arquivos
Pacote Original
Agora exibindo 1 - 1 de 1
Imagem de Miniatura
Nome:
EMBARGADO-RESTRITO.pdf
Tamanho:
268.92 KB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descrição:
Baixar
Licença do Pacote
Agora exibindo 1 - 1 de 1
Imagem de Miniatura
Nome:
license.txt
Tamanho:
1.71 KB
Formato:
Item-specific license agreed upon to submission
Descrição:
Baixar
Coleções
Doutorado em Engenharia Elétrica