Diseño de un dispositivo adaptable para transmisión de energía eléctrica inalámbrica de aplicación residencial

Abstract

In this thesis, a study, design and construction of a prototype of wireless electrical power transmission is developed, which will be focused for residential application, (prototype of medium power). This in order to avoid accidents by the use of the plugs of the household appliance, in addition to providing greater comfort to users. The study is based on the detailed analysis of the different forms of wireless electrical energy transmission, through which a transmission method will be chosen, as well as the appropriate coupling method (near field). Based on this method and type of coupling, an analysis of the different losses that may occur in the prototype is made, these losses will depend on the topology of the chosen prototype, as well as on its working frequency. To carry out the design it is use the ANSYS MAXWELL software, which was created specifically for the simulation of elements that interact with electromagnetic fields. This software will allow the analysis of the losses, the maximum transmission distance, the coupling between the coils. In addition, the software provides the actual values that the coils need to have, as well as the number of turns, the above is done with two different coil geometries. Once the design is completed, we proceed to build the prototype, analyzing each of the stages that comprise it to ensure that the elements used are adequate and thus avoid any possible failure in the PCB, with the help of this prototype. analyze in detail the efficiency, transmission distance, as well as other parameters, comparing them with the values obtained in the simulation performed.

En esta tesis se desarrolla un estudio, diseño y construcción de un prototipo de transmisión de energía eléctrica de forma inalámbrica, el cual se encuentra enfocado para uso residencial, por lo tanto, será un prototipo de mediana potencia. Esto con el fin de evitar accidentes por el uso de las clavijas que utilizan los diferentes equipos eléctricos y electrónicos que existen en los hogares, además de brindar una mayor comodidad a los usuarios. El estudio se basa en el análisis detallado de las diferentes formas de transmisión de energía eléctrica inalámbrica, mediante el cual se elige un método de transmisión, así como el método de acoplamiento adecuado (campo cercano). En base a este método y tipo de acoplamiento, se realiza un análisis de las diferentes perdidas que pueden llegar a presentarse en el prototipo, estas pérdidas dependerán de la topología del prototipo elegida, así como de su frecuencia de trabajo. Para realizar el diseño se utiliza el software ANSYS MAXWELL, el cual fue creado específicamente, para la simulación de elementos que interactúan con campos electromagnéticos, este software, permite realizar el análisis de las perdidas, la distancia máxima de transmisión, el acoplamiento entre las bobinas además de proporcionar los valores reales que tendrán estas bobinas, así como el número de espiras que las conformarán, lo anterior es realizado con dos geometrías diferentes de bobinas. Una vez que se ha completado el diseño, se procede a construir el prototipo, analizando cada una de las etapas que lo conforman para asegurarse que los elementos utilizados son los adecuados y así evitar alguna posible falla en el PCB, con ayuda de este prototipo se analizara a detalle la eficiencia, distancia de transmisión, así como otros parámetros, comparándolos con los valores obtenidos en la simulación realizada.