基于原侧电流的多发射切换式无线电能传输系统控制策略研究

发布时间：2020-05-08 13:41

【摘要】：无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)相比传统的有线输电具有诸多优势,也是未来供电系统的发展方向之一。通常来说,效率和功率是评估无线供电系统优劣的两个关键指标。然而,实际工况中,由于受电端位置的不确定性,其发射线圈与接收线圈的横向偏移现象时常发生。随着线圈间的偏移距离增大,互感和耦合系数将会减小,最终使得系统的传输效率和功率都不可避免地受到影响。因此,开展以解决线圈间偏移问题的研究对提高WPT系统稳定性具有重要意义。本文在课题组之前研究的多发射切换式耦合机构基础上,通过理论分析推导出了发射端各工作模态之间效率大小与原侧电流的关系,进而提出了一种基于原侧电流的线圈切换控制策略,以实现偏移下系统效率能保持较高水平。此外,为解决线圈偏移同时会造成系统输出功率波动的问题,本文对基于调节输入电压的功率控制进行了分析,推导出了所需调节电压与原侧电流的关系。最后,通过实验样机对该功率控制策略的理论推导进行了验证。本文完成的主要研究工作如下:(1)在多发射切换式耦合机构的基础上,优化了发射端的开关组及原边补偿电路,并对耦合机构的工作原理及横向偏移下的耦合特性进行了分析。(2)提出了基于原侧电流的多发射切换式WPT切换控制策略,旨在实现偏移下系统最优工作模态的准确选取。为避免两种工作模态切换瞬间,系统出现尖峰电压过高或原侧电流断流现象,设计了一种两步换流法。最后搭建实验样机,验证了基于原侧电流的切换控制策略以及两步换流方法的正确性,并将该多发射切换式耦合线圈与圆形、方形阵列耦合线圈进行了性能分析与对比。(3)分析了线圈偏移下多发射切换式WPT系统的输出功率波动机理,并对基于调节输入电压的功率控制进行了理论推导,最后通过仿真和实验样机验证了该功率控制策略的正确性与可行性。
【图文】：

传输装置,麻省理工学院

图 1-1 麻省理工学院无线电能传输装置作为一种新兴的电能传输方式因其诸多优点和潜在的研究的广泛关注。近年来，国际上诸如移动终端中的苹果、三、奔驰、特斯拉等汽车厂商都致力研究自己的无线充电产 WPT 技术发展，应用领域的不断拓宽也使得无线充电标准，无线电能传输领域的专家们创立了无线电力联合组织(WiPC)，并制定了相应的充电标准。2010 年，中国正式把 Qi ，在天津举行了国内首次 WPT 技术专题研讨会。参会人员展与关键点进行了讨论，并达成了“天津共识”。此外，国、宇通客车、中兴通讯等企业也都进行着无线电能传输的目前仍是起步阶段，市场上并未大规模应用，但却是良好发重视轨道交通方面的无线电能传输技术，并将其纳入了，这一技术的实现必然会给人们的生活带来质的提高。而研究，这项技术也已经取得了飞速发展与突破性进步。

曲线图,传输效率,偏移量,曲线图

耦合结构基础上，优化并设计了原侧的线圈开关组及补偿电路。能有效选出最优工作模态，提出了一种基于原侧电流的切换控制了切换控制准则。此外，针对偏移下 WPT 系统输出功率波动的问通过检测原侧电流来进行调节输入电压的功率控制策略，，旨在实趋于目标功率，使得接收端负载的供电需求得到满足。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM724

【参考文献】