Prototipo de fuente de alimentación de 3.3V a partir de una línea eléctrica

Abstract

El Trabajo Fin de Grado expone el análisis, diseño y puesta en marcha de un prototipo de una fuente de alimentación que extrae energía a partir de la línea eléctrica. Este proyecto nace de la idea de alimentar equipos de monitorización de las líneas eléctricas que se encuentran en zonas remotas, lugares donde no hay disponibilidad de un punto de conexión a red para los sensores. Generalmente en estas situaciones suele recurrirse a la alimentación por baterías, pero aumenta el coste y exige un plan de reemplazo periódico. Es por esta razón que se quiere estudiar una alternativa sostenible y sencilla. La alternativa que se estudia en el proyecto es a partir de métodos de “energy harvesting”. El término de “energy harvesting” hace referencia a la extracción de energía a partir del entorno, como puede ser a través de turbinas eólicas o de la radiación solar. En concreto, para este proyecto, se estudiarán soluciones de “energy harvestig” a partir de la propia línea eléctrica. En este estudio, la clasificación de extracción de energía se ha dividido en métodos capacitivos e inductivos. Los métodos capacitivos extraen energía a través del campo eléctrico y no dependen de la corriente que circula por la línea. En cambio, los métodos inductivos utilizan el campo magnético. En el caso de la línea eléctrica, la corriente alterna que circula por la línea genera un campo magnético variable que, a través de espiras, induce una tensión. En el proyecto se selecciona un dispositivo inductivo, descartando el método capacitivo por motivos de seguridad y complejidad al trabajar con tensiones elevadas.

This project presents the analysis, design and implementation of a prototype of a power source that harvests energy from an electric power line. This project starts from the idea of powering monitoring equipment for power lines that are in remote areas, places where there is no a network connection point available. Usually in these situations, batteries are used, but this solution increases the cost and requires a periodic replacement plan. Therefore, the aim of this project is to present a sustainable and simple alternative. The alternative studied in the project is based on energy harvesting methods. Energy harvesting is defined as the conversion of ambient energy into a usable electric form [1], for example, through wind turbines or solar radiation. But for this project, only energy harvesting solutions from an electric power line will be studied. Research was divided into capacitive and inductive energy harvesting methods. On the one hand, the capacitive method is based on the electric field. The energy harvesting device works as a capacitive voltage divider and it does not depend on the amplitude of the load current. On the other hand, the inductive method uses the electromagnetic field to harvest energy. The electricity is obtained by electromagnetic induction. The inductive method was selected for this project, discarding the capacitive method for reasons of safeness and difficulties when working with high voltages.