Sistema de excitación acoplado capacitivo de construcción de placa de circuito impreso de bajo costo para máquinas síncronas de campo bobinado

Las máquinas síncronas de campo bobinado (WFSMs) son una alternativa atractiva a las máquinas síncronas de imán permanente (PMSMs) debido a su competitiva densidad de potencia/par de torsión y las ventajas de controlabilidad de un manejo directo del campo. Sin embargo, estos beneficios pueden verse compensados por los problemas de confiabilidad de los cepillos de carbono, o la complejidad añadida de los excitadores sin escobillas inductivos o transformadores rotatorios requeridos para el devanado del campo rotatorio. Aquí se presentan el proceso de diseño y los resultados de pruebas experimentales para un acoplador de potencia capacitivo (CPC) sin contacto de bajo costo para la excitación del devanado del rotor de un WFSM, utilizando solo placas de circuito impreso (PCBs) simples. El sistema CPC transfiere 600 W con un 93% de eficiencia al campo del rotor de un WFSM de 55 kW. Las tensiones CPC permanecen en cientos de voltios y los tamaños de los componentes pasivos se minimizan mediante conmutación a 2 MHz con un inversor de GaN. Se establecen reglas de diseño para minimizar pérdidas parasitarias en la disposición de trazas en la estructura de PCB CPC para operaciones de alta frecuencia. Un convertidor buck integrado en el rectificador rotatorio ajusta la impedancia de carga del rotor al sistema CPC. Un lazo de fase bloqueada (PLL) rastrea la frecuencia del tanque resonante del CPC, cuya saliencia está espacialmente atada a la rotación de la máquina, creando una plataforma para la auto-detección de velocidad y posición.