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基于ICPT拓扑的无线电能传输系统的研究与设计

发布时间:2018-06-01 23:39

  本文选题:WPT + 感应耦合 ; 参考:《北方工业大学》2017年硕士论文


【摘要】:近年来,无线传能技术已经开始进入人们的生活,越来越多的被人们关注。所谓无线能量传输就是将电能通过非导线接触的方式,由前级传递至后级。无线电能传输技术(WPT)主要通过磁共振拓扑和感应耦合(ICPT)拓扑实现,本文基于大功率的研究背景,主要基于ICPT拓扑对WPT技术进行研究。以SS补偿结构为例,本文详细分析了 ICPT拓扑电路的结构,并且建立了相应的等效电路,根据等效电路建立了系统模型,通过数学模型的建立,分析了输出电流特性,系统电压增益特性。根据电流特性和电压增益特性确定了ICPT系统的两种工作模态,既全谐振模态和漏感谐振模态,同时确定了两种谐振模态下的最佳工作区域。同时分析了系统的输出功率与效率特性。根据系统模型,发现ICPT系统存在诸多问题需要优化。根据发现的问题,提出了有针对性的系统优化设计方法,既互感优化设计方法,规避增益多峰的线圈电感量参数优化设计方法,抑制无功功率的线圈电感量参数优化设计方法。同时根据这三种优化设计方法,提出了不同应用场景下(既恒流源、恒压源、电池充电电源)的具有普遍适用性的电路设计方法。同时提出了相应的控制策略。基于系统建模和参数优化设计方法,自主设计搭建了一台500W的无线电能传输系统实验平台。其中设计制作了 PFC电路,Buck电路,以及全桥逆变电路,且应用了同步整流技术以提高系统效率。最后通过仿真、理论计算、实验,验证了理论分析的准确性。同时经过测试,样机在满载时工作保持稳定,效率最高可达到88%,且各项指标均达到了设计要求。
[Abstract]:In recent years, wireless energy transmission technology has begun to enter people's lives, more and more people pay attention to it. Wireless energy transmission is the transmission of electric energy from front stage to rear stage by non-wire contact. Radio energy transmission technology is mainly realized by magnetic resonance topology and inductively coupled WPT topology. Based on the research background of high power, this paper mainly studies WPT technology based on ICPT topology. Taking the SS compensation structure as an example, the structure of the ICPT topology circuit is analyzed in detail, and the corresponding equivalent circuit is established. The system model is established according to the equivalent circuit, and the characteristics of the output current are analyzed through the establishment of the mathematical model. System voltage gain characteristics. According to the characteristics of current and voltage gain, the two working modes of ICPT system are determined, both full resonant mode and leakage resonant mode, and the optimal working region under the two resonant modes. At the same time, the output power and efficiency characteristics of the system are analyzed. According to the system model, it is found that there are many problems in ICPT system to be optimized. According to the problems found, the paper puts forward the system optimization design method, which is the mutual inductance optimization design method, the coil inductance parameter optimization design method which avoids the gain multi-peak, and the coil inductance parameter optimization design method which suppresses reactive power. At the same time, according to these three optimal design methods, a general applicable circuit design method for different application scenarios (i.e. constant current source, constant voltage source, battery charging power supply) is proposed. At the same time, the corresponding control strategy is put forward. Based on the method of system modeling and parameter optimization, an experimental platform of 500W radio energy transmission system is designed. The PFC circuit and the full-bridge inverter circuit are designed and fabricated, and the synchronous rectifier technology is applied to improve the system efficiency. Finally, the accuracy of theoretical analysis is verified by simulation, theoretical calculation and experiment. At the same time, the test results show that the prototype works stably at full load, the highest efficiency can reach 88g, and all the indexes meet the design requirements.
【学位授予单位】:北方工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM724

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本文编号:1966239

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