Estudo eletromagnético da bobina variável com diferentes configurações de núcleos

Abstract

A bobina variável tem vindo a revelar-se um dispositivo de grande utilidade em diversos campos, sendo por isso um alvo de estudo recorrente em várias áreas.Este documento pretende analisar detalhadamente o comportamento eletromagnético de diversas configurações de núcleos da bobina variável por forma a aferir qual configuração melhor se adapta para futura integração num sistema de carregamento indutivo de veículos elétricos.A análise foi concretizada com recurso ao software de método de elementos finitos FLUX3D e através de testes de pequeno sinal.As diferentes configurações estudadas têm como denominador comum a utilização de um núcleo formado por duas ferrites de formato E e a utilização de dois tipos de enrolamento: o enrolamento principal e o enrolamento de controlo. O enrolamento de controlo é alimentado por uma fonte de corrente contínua permitindo, devido a uma série de fenómenos eletromagnéticos, variar a indutância medida no enrolamento principal.Concluída a análise eletromagnética de quatro configurações diferentes, foi aferida qual apresenta o comportamento eletromagnético que mais se adequa ao funcionamento como bobina variável. A configuração eleita foi adaptada por forma a cumprir os requisitos necessários para ser parte integrante do referido sistema de carregamento com topologias ressonantes.Após a modelação e análise do projeto resultante através do método de elementos finitos, foi concebido um protótipo da bobina variável e testado num circuito de teste RLC com ponte inversora.

The variable inductor has proven to be a device of great importance in various applications, hence being heavily studied in numerous scientific areas. The proposed dissertation focuses on the electromagnetic behavior of various configurations of the variable inductor's core, to determine which one best integrates an inductive charging system designed for electric vehicles. The analysis was carried out using FLUX3D, a finite element method software, and through small signal tests.The different configurations that were studied, all use a two E-shaped cores and two kinds of windings: the main winding and the control winding. The control winding is fed by a DC power supply allowing to vary the main winding’s inductance, due to a series of electromagnetic phenomena. Four different configurations were tested, and the one whose electromagnetic behavior best suited the of the variable inductor was chosen. The selected configuration was chosen to fulfil the necessary requirements to properly integrate the charging system at hand, with resonant topologies.Lastly, after modelling and analyzing the resulting project using the finite element method, a variable inductor prototype was built and tested in a RLC test circuit with a inverter bridge.