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Abstract(s)
Nesta dissertação é descrita a modelação de um acoplador magnético para carregamento estacionário e dinâmico sem contacto de veículos elétricos, com o propósito de avaliar a sua viabilidade para aplicabilidade na vida real.
Numa primeira fase é introduzido o conceito de um sistema de transferência de energia sem contacto, categorizando para as várias tecnologias existentes. Posteriormente este conceito é individualizado para os veículos elétricos em que são especificadas as várias tecnologias e formas de carregamento, bem como as várias topologias de acopladores magnéticos atualmente existentes para carregamento sem contacto de veículos elétricos. São ainda expostos os parâmetros de avaliação da qualidade dos sistemas de carregamento dinâmico sem contacto para veículos elétricos, tendo por base os acopladores magnéticos.
Consequentemente, é exibido o desenvolvimento do modelo de elementos finitos de um acoplador magnético para o carregamento dinâmico aplicado a veículos elétricos, no qual são especificados os pormenores que resultam na sua construção e preparação para a realização de ensaios de qualidade, tais como a geometria, definição de materiais, excitação de circuitos elétricos, condições de fronteira, deslocamentos e número de elementos finitos utilizados.
Após isto é explicado o processo de análise utilizado, através de fundamentação teórica e formulação do método dos elementos aplicado a um elemento tetraedro de 1ª ordem, com o intuito de interligar com o modelo tridimensional do acoplador magnético. São ainda explicadas as análises por varrimento de frequência e temporal utilizadas no programa de simulação numérica, através do método dos elementos finitos.
Finalmente, com base nesta análise, os resultados para o modelo de acoplador magnético são mostrados, com o objetivo de avaliar estaticamente e dinamicamente, a qualidade da densidade do fluxo magnético, o fator de acoplamento e a eficiência do sistema de transferência de energia sem contacto.
This dissertation describes the modelling of a magnetic coupler for stationary and dynamic wireless charging of electric vehicles, to evaluate their viability for applicability in real life. The concept of a wireless power transfer system is introduced, categorizing the various existing wireless power technologies. Subsequently, this concept is later individualized for the electric vehicles in which are specified the various technologies and forms of charging, as well as the multiple topologies of existing magnetic couplers. The quality evaluation parameters of the wireless power transfer systems of electric vehicles, based on magnetic couplers are also presented. Hence the development of a specific finite element model of a magnetic coupler for dynamic loading applied to electric vehicles is shown. Details are specified that result in its construction and preparation for conducting quality tests, such as geometry, material definition, electrical circuit excitation, boundary conditions, displacements and number of finite elements used. After this, the analysis process is explained, through theoretical basis and formulation of the method of the elements, applied to a 1st tetrahedron element to interconnect with the three-dimensional model of the magnetic coupler. Also explained are the frequency and time analyzes used in the numerical simulation program through the finite element method. Finally, based on this analyzes, the results for magnetic coupler model are shown, to evaluate statically and dynamically, the quality of the magnetic flux density, the coupling factor, and the efficiency of the wireless power transfer system.
This dissertation describes the modelling of a magnetic coupler for stationary and dynamic wireless charging of electric vehicles, to evaluate their viability for applicability in real life. The concept of a wireless power transfer system is introduced, categorizing the various existing wireless power technologies. Subsequently, this concept is later individualized for the electric vehicles in which are specified the various technologies and forms of charging, as well as the multiple topologies of existing magnetic couplers. The quality evaluation parameters of the wireless power transfer systems of electric vehicles, based on magnetic couplers are also presented. Hence the development of a specific finite element model of a magnetic coupler for dynamic loading applied to electric vehicles is shown. Details are specified that result in its construction and preparation for conducting quality tests, such as geometry, material definition, electrical circuit excitation, boundary conditions, displacements and number of finite elements used. After this, the analysis process is explained, through theoretical basis and formulation of the method of the elements, applied to a 1st tetrahedron element to interconnect with the three-dimensional model of the magnetic coupler. Also explained are the frequency and time analyzes used in the numerical simulation program through the finite element method. Finally, based on this analyzes, the results for magnetic coupler model are shown, to evaluate statically and dynamically, the quality of the magnetic flux density, the coupling factor, and the efficiency of the wireless power transfer system.
Description
Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica – ramo de Energia
Keywords
VEs EVs Transferência de energia sem contacto Wireless power transfer Carregamento dinâmico Dynamic charging Acoplador magnético Magnetic coupler Método dos elementos finitos Finite element method Grau de exposição biológico Level of biological exposure Fator de acoplamento Coupling factor Densidade de fluxo magnético Magnetic flux density Densidade de corrente Current density Eficiência Efficiency
Citation
PAIVA, Carlos Manuel Ribeiro - Análise de elementos finitos de um acoplador magnético para carregador dinâmico sem contacto aplicado a VEs. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2019. Dissertação de mestrado.
Publisher
Instituto Superior de Engenharia de Lisboa