WO2009144354A2 - Sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia y procedimiento asociado - Google Patents

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Juan Luis Villa Gazulla
Andrés LLOMBART ESTOPIÑÁN
Jesús SALLÁN ARASANZ
José Francisco SANZ OSORIO
Miguel GARCÍA GRACIA
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Fundación Circe- Centro De Investigación De Recursos Y Consumos Energéticos
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Definitions

  • the present invention has as its object a power transfer system with inductive coupling in high frequency which has a SP compensation in primary and is applicable for both series or parallel compensated secondary, that is, with a series capacitor followed by one in parallel in the primary, and one in series or one in parallel in the secondary.
  • This compensation SP in primary, allows to transfer in a natural way and without any type of control, a power equal or superior to the nominal one until misalignments of 50% of the area of the secondary coil with a maximum overpower of 25% of the nominal value in the load and with a maximum overcurrent of 75% at the source, in the power transfer system with inductive coupling that from now on will be written with its acronym ICPT (in English "Inductive Coupling Power Transfer").
  • the procedure associated with the power transfer system is based on the choice of primary capacitors to transfer the nominal power having chosen a certain misalignment and a certain power supply, which supplies the power to the primary to be subsequently transferred to the secondary and from there to the load.
  • ICPT systems are known in the state of the art, which are systems formed by two electrically insulated coils or windings magnetically coupled through the air, which are capable of transferring power with high efficiency.
  • ICPT systems have two distinct parts.
  • a primary system consisting of a winding of Ni turns and section ⁇ i, a compensation system and a high frequency feeding system that feeds the primary with a voltage modulated with PWM techniques.
  • a secondary or pick-up system consisting of a receiver coil of N2 turns and section
  • the basic compensation systems are formed by a resonance capacitor ⁇ x connected in series and / or parallel. There are therefore four different types of compensation depending on the series or parallel connection of the capacitors to the primary and secondary coils.
  • the transverse flow systems are formed in their basic form by a single primary conductor located under the asphalt that acts as a transmission line and a secondary coil in a transverse position with respect to the primary conductor. Because the coefficient of mutual induction is very low in this system, it is essential that the secondary coil is wound on a ferrite core.
  • Normal flow capture systems using two flat coils facing each other have a mutual induction coefficient "M" much greater than the transverse flow capture systems.
  • the primary coil is of a width equivalent to that of the secondary one although it can be much longer if you want to transmit power in a larger area or adapt a loading area for moving vehicles.
  • the transferred power increases as the secondary separates from the centered position until it reaches 2.5 times the nominal power for 50% displacements of the area of the secondary coil, jeopardizing the integrity of the feeding system and the coils themselves, sharply decreasing the power for major misalignments.
  • the present invention proposes a configuration
  • SP in primary, that together with any basic compensation in secondary, allows to transfer in a natural way and without any type of control, a power equal to or greater than the nominal one until misalignments of 50% of the area of the secondary coil being the maximum power delivered to the load not exceeding 25% of the nominal value in the load and with a maximum overcurrent of 75% at the source.
  • the present invention relates to a power transfer system with inductive coupling in high frequency that presents a compensation SP in primary, that is, with a capacitor in series followed by one in parallel in the primary and a basic configuration in secondary.
  • the nominal power can be transferred to the misalignments between the primary and secondary coils mentioned above, by selecting a value for C 1 which ensures that the assembly formed by C 1 , C 3 ⁇ C 2 and] _ as coils coupled are in resonance.
  • the procedure associated with the power transfer system consists in choosing the capacities of the capacitors C 1 and C 3 ⁇ e ⁇ primary to transfer the nominal power having previously chosen a certain misalignment, where the selection of the capacities C 1 and C 3 is will perform in the next stage.
  • the capacities C 2 r of the secondary capacitor and Q, of the parallel capacitor of the primary are first determined from the standard equations of the PS compensation, parallel-series or the standard equations of the PP compensation , parallel-parallel, which will be called nominal capacities and will be denoted by C 2PS r C 3PS and C 2PP r C 3PP respectively. In this way, for the parallel-series case
  • ⁇ is the working frequency
  • L 2 is the inductance of the secondary coil.
  • L 1 is the inductance of the emitting coil.
  • M is the coefficient of mutual induction between coils RL is the equivalent load connected to the receiver.
  • ⁇ is the working frequency
  • L 2 is the inductance of the secondary coil.
  • L 1 is the inductance of the emitting coil.
  • M is the coefficient of mutual induction between coils.
  • RL is the equivalent load connected to the receiver.
  • a capacity Q less than its nominal value C 3PS or C 3PP is selected , whereby the total impedance of the system is inductive and can be added therefore the capacitor C 1 and the primary in series fulfilling the condition that the total resonance of the circuit seen from the network is obtained.
  • Figure 1 shows the variation of the power absorbed and delivered to the load with respect to the nominal versus the misalignment X between coils in% of the width of the secondary for the configurations SS, SP, PS and PP, from left to right and from above down respectively.
  • Figure 2 shows an electrical circuit showing the ideal power transfer system with high frequency inductive coupling by means of SPS compensation
  • Figure 3 shows an electrical circuit showing the real power transfer system with high frequency inductive coupling by means of SPS compensation with an "H" bridge.
  • Figure 4 shows the variation of the power absorbed and delivered to the load with respect to the nominal versus the misalignment X between coils in% of the width of the secondary for the SPS configuration.
  • Figure 5 shows the variation of the power absorbed from the source, power delivered to the load, intensity in the primary with respect to the nominal values versus the misalignment X between coils in% of the width of the secondary for different values of the primary capacitors in SPS compensation.
  • Figure 6 shows a table showing the performance values, maximum power delivered to the load, maximum power absorbed, maximum intensity in the primary and capacity ⁇ 3 versus nominal values. channels for different values of misalignments X between 25% and 50% in SPS compensation.
  • Figure 7 shows an electrical circuit showing the real power transfer system with high frequency inductive coupling by means of SPP compensation with an "H" bridge.
  • Figure 8 shows the variation of the power absorbed and delivered to the load with respect to the nominal versus the misalignment X between coils in% of the width of the secondary for the configuration in SPP compensation.
  • Figure 9 shows the variation of the power absorbed from the source, power delivered to the load, intensity in the primary with respect to the nominal values versus the misalignment X between coils in% of the width of the secondary for different values of the primary capacitors in compensation SPP.
  • Figure 10 shows a table showing the values of performance, maximum power delivered to the load, maximum power absorbed, maximum intensity in the primary and capacity ⁇ 3 versus nominal values for different values of misalignments X between 25% and 50% in SPP compensation.
  • Figure 11 shows a comparison of the absorbed current in both the SPS compensation and the SPP compensation.
  • the power transfer system with high frequency inductive coupling has an SPS compensation that allows the power to be transferred naturally and without any control, up to 50% misalignment of the secondary coil area.
  • the ICPT system is powered by a "H" jumper (1) with PWM control and frequency control, so it is necessary to add a series coil L s to protect the power system during voltage transitions, such as shown in Figure 3, since otherwise, a short circuit would occur through capacitors C 1 and C 3
  • Figure 5 shows the variation of the power delivered to the load with respect to the nominal versus the misalignment X between coils for different values of the primary capacitors.
  • a capacitor capacity C 3 equal to 88.5% of its nominal value C 3PS is selected and the series capacitor C 1 is added so that the total resonance of the circuit seen from the network is obtained. If the misalignment of 50% is desired, Q should be reduced to 82% of its nominal QPS value, but for this purpose a source that can supply 75% more current than the nominal must be chosen.
  • the first thing done is to choose desired misalignment then selecting the capacities C 1 and C 3 to] _ as q ue total resonance circuit as seen from the network is obtained and finally the power supply to use and the maximum power of the load.
  • the power transfer system with inductive coupling in high frequency presents an SPP compensation that also allows the nominal power to be transferred naturally and without any type of control to a misalignment of 50% of the area of the secondary coil.
  • Figure 8 shows the variation of the power delivered to the load with respect to the nominal one before the misalignment X between coils for different values of the primary capacitors.
  • Figure 9 shows the variation of the power delivered to the load with respect to the nominal one against the misalignment X between coils for different primary capacitor values.
  • a capacitor capacity Q equal to 86% of its nominal value QPP is selected and the series capacitor C 1 is added so that the total resonance of the circuit seen from the network is obtained.
  • ⁇ 3 should be reduced to 76% of its C 3PP nominal value, but for this, a source that can supply 80% more current than the nominal one must be chosen.
  • the first thing done is to choose desired misalignment then selecting the capacities C 1 and C 3 to] _ as q ue total resonance circuit as seen from the network is obtained and finally the power to use and the maximum power of the load.
  • the power supply should be oversized so that the maximum current at the source is more than 4 times the nominal current, as shown in Figure 5.

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Abstract

La presente invención tiene por objeto un sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia que presenta una compensación SP en primario y es aplicable tanto para secundarios compensados en serie o en paralelo, es decir, con un condensador en serie seguido de uno en paralelo en el primario, y uno en serie o uno en paralelo en el secundario.

Description

SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE POTENCIA CON ACOPLAMIENTO INDUCTIVO EN ALTA FRECUENCIA Y PROCEDIMIENTO ASOCIADO
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene por objeto un sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia que presenta una compensación SP en primario y es aplicable tanto para secundarios compensados en serie o en paralelo, es decir, con un condensador en serie seguido de uno en paralelo en el primario, y uno en serie o uno en paralelo en el secundario.
Esta compensación SP, en primario, permite transferir de manera natural y sin ningún tipo de control, una potencia igual o superior a la nominal hasta desalineamientos del 50% del área de la bobina del secundario con una sobrepotencia máxima del 25% del valor nominal en la carga y con una sobrecorriente máxima del 75% en la fuente, en el sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo que de ahora en adelante se escribirá con sus siglas ICPT (en inglés "Inductive Coupling Power Transfer") .
Asi mismo, el procedimiento asociado al sistema de transferencia de potencia se basa en la elección de los condensadores del primario para transferir la potencia nominal habiendo elegido un determinado desalineamiento y una determinada fuente de alimentación, que suministra la potencia al primario para posteriormente ser transferida al secundario y de ahí a la carga. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Son conocidos en el estado de la técnica los sistemas ICPT, que son sistemas formados por dos bobinas o devanados eléctricamente aislados y acoplados magnéticamente a través del aire, que son capaces de transferir potencia con una elevada eficiencia.
En el aire, el acoplamiento entre bobinas es mucho menor que en el caso de transformadores o motores, en los que el acoplamiento se hace a través de un núcleo magnético. Por esta razón, para conseguir elevados rendimientos en la transferencia es necesario trabajar a elevadas frecuencias y con las bobinas compensadas mediante condensadores en ambos bobinados. Estos condensadores de acoplamiento, hacen que todo el sistema trabaje en resonancia y por tanto se transfiere la potencia deseada con un elevado rendimiento.
Los sistemas ICPT presentan dos partes bien diferenciadas .
• Un sistema de primario formado por un bobinado de Ni espiras y de sección ^i , un sistema de compensación y un sistema de alimentación en alta frecuencia que alimenta al primario con una tensión modulada con técnicas PWM.
• Un sistema de secundario o pick-up formado por una bobina receptora de N2 espiras y de sección
$i , un sistema de compensación y un convertidor que adapta la tensión y corriente transferidas a las necesidades de la carga eléctrica.
Los sistemas de compensación básicos están formados por un condensador de resonancia ^x conectado en serie y/o paralelo. Existen por tanto cuatro diferentes tipos de compensación dependiendo de la conexión serie o paralelo de los condensadores a las bobinas del primario y del secundario.
Dentro de las aplicaciones de los sistemas ICPT se encuentra la alimentación de vehículos eléctricos tanto en movimiento como parados, a través de uno o varios conductores por debajo de dichos vehículos. Estos sistemas se denominan respectivamente sistemas de secundario móvil, o sistemas de secundario fijo.
Dentro de estas aplicaciones existen dos sistemas físicos en función de cómo se realiza la captura de flujo por parte del secundario, los sistemas de captura del flujo normal y los sistemas de captura del flujo tangencial o trasversal .
Los sistemas de flujo trasversal están formados en su forma básica por un único conductor en primario situado bajo el asfalto que hace de línea de transmisión y una bobina de secundario en posición trasversal respecto del conductor de primario. Debido a que el coeficiente de in- ducción mutua es muy bajo en este sistema, es indispensable que la bobina de secundario esté bobinada sobre un núcleo de ferrita.
Este sistema permite desalineamientos de muy pe- quena magnitud, ya que la potencia transferida decae rápidamente cuando la bobina de secundario se desplaza a izquierda o derecha. Existen soluciones con varios conductores que permiten cierto desalineamiento siempre y cuando la bobina de secundario no salga de los límites de la ver- tical marcada por los conductores situados en los extre- - A - mos. Estas soluciones son mucho más caras y el coeficiente de acoplamiento sigue siendo bajo.
Los sistemas de captura de flujo normal mediante dos bobinas planas enfrentadas presentan un coeficiente de inducción mutua "M" mucho mayor que los sistemas de captura del flujo trasversal. La bobina de primario es de una anchura equivalente a la del secundario aunque puede llegar a ser mucho más larga si se quiere transmitir potencia en un área mayor o adecuar una zona de carga para vehículos en movimiento.
El comportamiento de estos sistemas frente al desalineamiento, depende fuertemente del tipo de compensación utilizada. Cuando la compensación en el primario es en paralelo, es decir, tipos PS y PP, el comportamiento es análogo a los sistemas de flujo trasversal, perdiendo capacidad de transferencia de potencia conforme el secundario se desplaza respecto de la posición centrada.
Cuando la compensación en el primario es en serie, es decir, tipos SS y SP, la potencia transferida aumenta conforme el secundario se separa de la posición centrada hasta alcanzar 2,5 veces la potencia nominal para despla- zamientos del 50% del área de la bobina de secundario, poniendo en peligro la integridad del sistema de alimentación y de las propias bobinas, disminuyendo bruscamente la potencia para desalineamientos mayores.
La variación de la potencia absorbida y entregada a la carga respecto de la nominal frente al desalineamiento X entre bobinas en % de la anchura del secundario para las configuraciones SS, SP, PS y PP se muestra en la Figura 1 de izquierda a derecha y de arriba abajo respectivamente. En los sistemas de carga de baterías existentes el posicionamiento de las bobinas se realiza con la ayuda de sistemas electromecánicos auxiliares que hacen que el ali- neamiento sea perfecto y siempre para pequeñas distancias de acoplamiento en la dirección vertical, para que el proceso de transferencia sea óptimo. Este tipo de alineamientos resulta caro y lento.
La presente invención propone una configuración
SP, en primario, que junto con cualquier compensación básica en secundario, permite transferir de manera natural y sin ningún tipo de control, una potencia igual o superior a la nominal hasta desalineamientos del 50% del área de la bobina del secundario siendo la potencia máxima entregada a la carga no superior al 25% del valor nominal en la carga y con una sobrecorriente máxima del 75% en la fuente.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia que presenta una compensación SP en primario, es decir, con un condensador en serie seguido de uno en paralelo en el primario y una configuración básica en secundario.
Con este sistema de compensación, se puede transferir de una manera natural y estable sin necesidad de control una potencia igual o superior a la nominal para un desalineamiento deseado, siempre no superior al
50% del área de la bobina del secundario cuando la potencia máxima entregada a la carga no supera en ningún caso el 25 % de la potencia nominal y la sobrecorriente máxima en la fuente no supera el 75%.
Es decir, cuando al menos el 50% del área de la bobina del secundario esté enfrentada a la bobina del primario se mantendrá la potencia transferida a la carga entre la potencia nominal y un 25% por encima mediante la compensación SP en primario. Los desalineamientos pueden ser en cualquiera de los dos ejes del plano horizontal o en una combinación de ambas direcciones.
Con esta compensación SP, que incluye un condensador C1 en serie en el primario, la capacidad del condensador C3 en paralelo en el primario debe estar por debajo de la que conseguiría que el conjunto formado por C2, capacidad del condensador del secundario, C3 y las bobinas acopladas estuvieran en resonancia.
De esta manera, se puede transferir la potencia nominal hasta los desalineamientos entre bobinas del primario y del secundario citados anteriormente, seleccionando un valor para C1 que consiga que el conjunto formado por C1, C3^ C2 y ]_as bobinas acopladas estén en resonancia.
Dependiendo de la elección de los condensadores
C1 y C3 de]_ primario, se obtienen unos valores de potencia transferida iguales o mayores a la nominal hasta un determinado desalineamiento.
A menor capacidad del condensador C3^ mayor será el desalineamiento que puede haber entre el primario y el secundario transfiriendo la potencia nominal o superior, pero a la vez se tendrá que sobredimensionar más la fuente de alimentación y será mayor la sobrepotencia enviada a la carga. Por tanto, para la selección de los condensadores C1 y C3 ¿e]_ primario, se deberá llegar a una situación de compromiso entre el máximo desalineamiento deseado, la máxima potencia permitida suministrar a la fuente y la máxima potencia permitida transferir a la carga.
El procedimiento asociado al sistema de transferencia de potencia consiste en elegir las capacidades de los condensadores C1 y C3 ¿e± primario para transferir la potencia nominal habiendo elegido previamente un determinado desalineamiento, donde la selección de las capacidades C1 y C3 se realizará en la siguiente etapa.
En esa etapa, en primer lugar se determinan las capacidades C2 r del condensador del secundario y Q, del condensador en paralelo del primario a partir de las ecuaciones tipo de la compensación PS, paralelo-serie o de las ecuaciones tipo de la compensación PP, paralelo- paralelo, que se denominarán capacidades nominales y se denotarán por C2PS r C3PS y C2PP r C3PP respectivamente. De esta manera, para el caso paralelo-serie
Figure imgf000008_0001
í
H'S ya en función de C 2PS
\!4
I f •>
[]] :* 2P^F
donde :
ω es la frecuencia de trabajo L2 es la inductancia de la bobina del secundario. L1 es la inductancia de la bobina emisora. M es el coeficiente de inducción mutua entre bobinas RL es la carga equivalente conectada al receptor.
Para el caso paralelo-paralelo,
- 3PP a en función de C 2PP
Figure imgf000009_0001
donde :
ω es la frecuencia de trabajo.
L2 es la inductancia de la bobina del secundario.
L1 es la inductancia de la bobina emisora.
M es el coeficiente de inducción mutua entre bobinas.
RL es la carga equivalente conectada al receptor.
Con estas capacidades, para pasar de la compensación PS ó PP a la compensación SPS ó SPP respectivamente, se selecciona una capacidad Q menor que su valor nominal C3PS o C3PP , con lo que la impedancia total del sistema es inductiva y se puede añadir por tanto el condensador C1 en el primario en serie cumpliendo la condición de que se obtenga la resonancia total del circuito visto desde la red.
Una vez determinadas las capacidades C1 y C3 r se comprobará si para algún valor de desalineamiento entre 0 y el desalineamiento máximo deseado la potencia entregada a la carga está por debajo de los valores nominales, en cuyo caso se volvería a disminuir C3 y se volverá a calcular C1 hasta que la potencia entregada a la carga sea igual o superior a la nominal para todo el rango de desalineamiento en el que va a trabajar la configuración .
Una vez realizados estos cálculos deberá comprobarse si la potencia máxima entregada a la carga y/o la corriente máxima cedida por la fuente están por encima de los permitidos para todo el rango de desalineamiento en el que va a trabajar la configuración. Si así fuera, debería disminuirse el desalineamiento máximo permitido al sistema de manera que ambos parámetros se encontraran dentro de los permitidos por la carga y la fuente respectivamente.
Pudiera darse el caso de que la corriente máxima cedida por la fuente y/o la potencia máxima absorbida por la carga alcanzaran el máximo para un valor de desalineamiento máximo inferior al deseado, esto implicaría que no se puede alcanzar la potencia nominal para el desalineamiento máximo elegido, sino uno inferior, a no ser que se aumentara la capacidad de la fuente y/o la potencia soportada por la carga.
Si es así, aumentando la capacidad de la fuente y/o la capacidad de la carga, se volverían a calcular las capacidades C1 y C3 y se obtendría el nuevo desalineamiento.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de planos, ilustrativos del ejemplo prefe- rente y nunca limitativo de la invención.
La Figura 1 muestra la variación de la potencia absorbida y entregada a la carga respecto de la nominal frente al desalineamiento X entre bobinas en % de la anchura del secundario para las configuraciones SS, SP, PS y PP, de izquierda a derecha y de arriba abajo respectivamente .
La Figura 2 muestra un circuito eléctrico donde se muestra el sistema ideal de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia mediante compensación SPS
La Figura 3 muestra un circuito eléctrico donde se muestra el sistema real de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia mediante compensación SPS con un puente en "H".
La Figura 4 muestra la variación de la potencia absorbida y entregada a la carga respecto de la nominal frente al desalineamiento X entre bobinas en % de la anchura del secundario para la configuración SPS.
La Figura 5 muestra la variación de la potencia absorbida de la fuente, potencia entregada a la carga, intensidad en el primario respecto de los valores nominales frente al desalineamiento X entre bobinas en % de la anchura del secundario para diferentes valores de los condensadores del primario en compensación SPS.
La Figura 6 muestra una tabla donde se recogen los valores de rendimiento, potencia máxima entregada en la carga, potencia máxima absorbida, intensidad máxima en el primario y capacidad ^3 frente a los valores nomi- nales para distintos valores de desalineamientos X entre el 25% y el 50% en compensación SPS.
La Figura 7 muestra un circuito eléctrico donde se muestra el sistema real de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia mediante compensación SPP con un puente en "H".
La Figura 8 muestra la variación de la potencia absorbida y entregada a la carga respecto de la nominal frente al desalineamiento X entre bobinas en % de la anchura del secundario para la configuración en compensación SPP.
La Figura 9 muestra la variación de la potencia absorbida de la fuente, potencia entregada a la carga, intensidad en el primario respecto de los valores nominales frente al desalineamiento X entre bobinas en % de la anchura del secundario para diferentes valores de los condensadores del primario en compensación SPP.
La Figura 10 muestra una tabla donde se recogen los valores de rendimiento, potencia máxima entregada en la carga, potencia máxima absorbida, intensidad máxima en el primario y capacidad ^3 frente a los valores nominales para distintos valores de desalineamientos X entre el 25% y el 50% en compensación SPP.
La Figura 11 muestra una comparativa de la co- rriente absorbida tanto en la compensación SPS como en la compensación SPP.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
En un primer ejemplo de realización preferente, el sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia presenta una compensación SPS que permite transferir de manera natural y sin ningún tipo de control, la potencia nominal hasta un desalineamiento del 50% del área de la bobina del secundario .
En la Figura 2 se muestra un esquema del sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia con compensación SPS.
El sistema ICPT se alimenta con un puente (1) en "H" con control PWM y control de frecuencia, por lo que es necesario añadir una bobina en serie Ls para proteger el sistema de alimentación durante las transiciones de tensión, tal como se muestra en la Figura 3, ya que de lo contrario, se produciría un cortocircuito a través de los condensadores C1 y C3
En la Figura 5 se muestra la variación de la potencia entregada a la carga respecto de la nominal frente al desalineamiento X entre bobinas para diferentes valores de los condensadores del primario.
En dicha Figura 5 se observa que si se desea poder suministrar la potencia nominal hasta el desalineamiento del 25%, la fuente deberá estar dimensionada para poder suministrar un 1% más de potencia que la nominal.
En ese caso, se selecciona una capacidad del condensador C3 igual al 88,5% de su valor nominal C3PS y se añade el condensador en serie C1 para que se obtenga la resonancia total del circuito visto desde la red. Si se desea el desalineamiento del 50%, se deberá disminuir Q al 82% de su valor nominal QPS , pero para ello se deberá elegir una fuente que pueda suministrar un 75% más de corriente que la nominal.
Por tanto, lo primero que se hace es elegir el desalineamiento deseado para después seleccionar las capacidades C1 y C3 con ]_as que se obtiene la resonancia total del circuito visto desde la red y, por ultimo la fuente de alimentación a utilizar y la potencia máxima de la carga.
En un segundo ejemplo de realización preferente, el sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia presenta una compensación SPP que permite igualmente transferir de manera natural y sin ningún tipo de control, la potencia nominal hasta un desalineamiento del 50% del área de la bobina del secundario .
Los elementos del sistema ICPT con compensación SPP se muestran en la Figura 7, donde los elementos que lo componen son los mismos a excepción del condensador del secundario que en este caso se encuentra en paralelo en lugar de en serie como se daba en la configuración SPS.
En la Figura 8 se muestra la variación de la potencia entregada a la carga respecto de la nominal fren- te al desalineamiento X entre bobinas para diferentes valores de los condensadores del primario.
En la Figura 9 se muestra la variación de la potencia entregada a la carga respecto de la nominal fren- te al desalineamiento X entre bobinas para diferentes valores de los condensadores del primario.
En dicha Figura 9 se observa que si se desea poder suministrar la potencia nominal hasta el desalineamiento del 25%, la fuente deberá estar dimensionada para poder suministrar un 1% más de potencia que la nominal.
En ese caso, se selecciona una capacidad del condensador Q igual al 86% de su valor nominal QPP y se añade el condensador en serie C1 para que se obtenga la resonancia total del circuito visto desde la red.
Si se desea el desalineamiento del 50%, se deberá disminuir ^3 al 76% de su valor nominal C3PP , pero para ello se deberá elegir una fuente que pueda suministrar un 80% más de corriente que la nominal.
Por tanto, lo primero que se hace es elegir el desalineamiento deseado para después seleccionar las capacidades C1 y C3 con ]_as que se obtiene la resonancia total del circuito visto desde la red y, por ultimo la fuente de alimentación a utilizar y la potencia máxima de la carga.
Se pueden conseguir mayores desalineamientos máximos pero los valores de las potencias y corrientes máximas a soportar por el sistema se vuelven mucho mayores. Asi para desalineamientos mayores del 70% del área de la bobina del secundario, la fuente de alimentación debería estar sobredimensionada de tal manera que la corriente máxima en la fuente fuera más de 4 veces la corriente nominal, tal como se muestra en la Figura 5. No alteran la esencialidad de esta invención variaciones en materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos componentes, descritos de manera no limitativa, bastando ésta para proceder a su reproducción por un experto.

Claims

REIVINDICACIONES
Ia.- Sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia caracterizado porque presenta una compensación SP en primario y es aplicable tanto para secundarios compensados en serie o en paralelo es decir, con un condensador C1 en serie seguido de un condensador C3 en paralelo en el primario, y un condensador C2 en serie o paralelo en el secundario con la que se puede transferir una potencia igual o superior a la nominal para un desalineamiento siempre no superior al 50% del área de la bobina del secundario cuando la potencia máxima entregada a la carga no supera en ningún caso el 25 % de la potencia nominal y la sobrecorriente máxima en la fuente no supera el 75%, debido a que la capacidad del condensador C3 está por debajo de la que conseguiría que el conjunto formado por C2, C3 y ]_as bobinas acopladas estuvieran en resonancia.
2a.- Sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia según reivindicación 1 caracterizado porque se alimenta con un puente (1) en "H" con control PWM y control de frecuencia, y una bobina en serie ^5.
3a.- Sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia según reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque en compensación SPS, es decir, con el condensador C2 en serie, si se desea poder suministrar la potencia nominal hasta el desalineamiento del 25%, la fuente deberá estar dimensionada para poder suministrar un 1% más de potencia que la nominal, con lo que en ese caso se selecciona una capacidad del condensador C3 igual al 88,5% de su valor nominal C3PS .
4a.- Sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia según reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque en compensación SPS, es decir, con el condensador C2 en serie, si se desea poder suministrar la potencia nominal hasta el desalineamiento del 50%, la fuente deberá estar dimensionada para poder suministrar un 75% más de corriente que la nominal, con lo que en ese caso se selecciona una capacidad del condensador C3 igual al 82% de su valor nominal C3PS #
5a.- Sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia según reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque en compensación SPP, es decir, con el condensador C2 en paralelo, si se desea poder suministrar la potencia nominal hasta el desalineamiento del 25%, la fuente deberá estar dimensionada para poder suministrar un 1% más de potencia que la nominal, con lo que en ese caso se selecciona una capacidad del condensador C3 igual al de su valor nominal C3PP #
6a.- Sistema de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo en alta frecuencia según reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque en compensación SPP, es decir, con el condensador C2 en paralelo, si se desea poder suministrar la potencia nominal hasta el desalineamiento del 50%, la fuente deberá estar dimensionada para poder suministrar un 80% más de corriente que la nominal, con lo que en ese caso se selecciona una capacidad del condensador C3 igual al 76% de su valor nominal C3PP # 7a.- Procedimiento de transferencia de potencia con acoplamiento inductivo con configuración SP en primario caracterizado porque la etapa principal consiste en elegir las capacidades de los condensadores C1 y C3 ¿e]_ primario para transferir la potencia nominal habiendo elegido previamente un determinado desalineamiento, donde
• en primer lugar se determinan las capacidades C2 y C3 a partir de las ecuaciones tipo de la compensación PS, paralelo-serie o a partir de las ecuaciones tipo de la compensación PP, paralelo- paralelo dependiendo de la situación del condensador C2 del secundario, en serie o en paralelo, que son las capacidades nominales C2PS r C3PΛS. y C2PP r C3Pp respectivamente, y a continuación
• se selecciona una capacidad C3 menor que su valor nominal C3PS ó C3PP r con ]_o que ]_a impedancia total del sistema es inductiva y se puede añadir por tanto el condensador C1 en el primario en serie.
y la etapa secundaria consiste en que una vez determinadas las capacidades C1 y C3 r se comprobará si para algún valor de desalineamiento entre 0 y el desalineamiento máximo deseado la potencia entregada a la carga está por debajo de los valores nominales, en cuyo caso se volvería a disminuir C3 y Se volverá a calcular C1 hasta que la potencia entregada a la carga sea igual o superior a la nominal para todo el rango de desalineamiento en el que va a trabajar la configuración,
donde en caso de que la potencia máxima cedida por la fuente alcanzara el máximo para un valor de desalineamiento máximo inferior al deseado, esto implicaría que no se puede alcanzar la potencia nominal para el desalineamiento máximo elegido, sino uno inferior, con lo que aumentando la capacidad de la fuente y/o la potencia de la carga, se volverían a calcular las capacidades Q y Q y se obtendría el nuevo desalineamiento.
8a.- Procedimiento asociado al sistema de transferencia con la configuración SP en primario de la reivindicación 7 caracterizado porque si la potencia máxima entregada a la carga y/o la corriente máxima cedida por la fuente están por encima de los permitidos para todo el rango de desalineamiento en el que va a trabajar la configuración, deberá disminuirse el desalineamiento máximo permitido al sistema de manera que ambos parámetros se encontraran dentro de los permitidos por la carga y la fuente respectivamente.
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