IPT系统最大功率跟踪和最大效率跟踪研究
发布时间：2021-10-21 02:40
基于磁场耦合的感应电能传输（Inductive power transfer,IPT）技术起源于一个世纪以前,并以其独特的优越性成为了电力电子领域的研究热点之一。最大传输功率以及最大系统效率,分别表征了IPT系统的功率传输能力和能量利用效率,是决定系统性能最为关键的两个指标。但前期研究表明,系统无法同时实现最大功率与最大效率跟踪,须根据实际性能需求选择系统的性能跟踪模式。当前关于IPT系统的最大功率跟踪和最大效率跟踪的研究中存在:由于阻抗匹配范围受限所导致的跟踪负载冗余度受限、由于耦合系数未知所导致的跟踪失败以及由于原副边通信方式不当所导致的跟踪性能不佳等问题。这些问题在一定程度上限制了最大功率跟踪和最大效率跟踪的实际应用。本文从系统阻抗等效模型构建入手,分析了最大功率及最大效率的跟踪条件,给出了基于有源阻抗匹配的跟踪控制架构。针对系统跟踪过程中的负载适应性问题,提出了基于有源阻抗匹配变换器双工作模式的阻抗匹配范围扩展方法;针对电能传输过程中的耦合系数波动自适应问题,提出了基于固有跟踪拓扑与动态耦合系数辨识的最大功率与最大效率跟踪机制;面向跟踪过程中的原副边信息交互问题,提出了基于磁场...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 论文的研究背景
1.2 IPT技术的国内外研究现状
1.2.1 理论研究现状
1.2.2 应用研究现状
1.2.3 最大功率跟踪以及最大效率跟踪研究现状
1.3 关键技术问题分析
1.4 论文的研究目的与研究意义
1.4.1 研究目的
1.4.2 研究意义
1.5 论文的组织结构与研究内容
1.6 本章小结
2 基于阻抗匹配方式的功率及效率跟踪机制
2.1 引言
2.2 最大功率跟踪和最大效率跟踪的负载条件分析
2.2.1 最大功率跟踪的负载条件分析
2.2.2 最大效率跟踪的负载条件分析
2.3 基于阻抗匹配方式的最大功率跟踪和最大效率跟踪机制
2.3.1 基于无源阻抗匹配方式的最大功率跟踪和最大效率跟踪方法
2.3.2 基于有源阻抗匹配方式的最大功率跟踪和最大效率跟踪方法
2.4 本章小结
3 面向最大功率和最大效率跟踪的阻抗匹配范围扩展方法
3.1 引言
3.2 CCM/DCM模式下DC/DC变换器的阻抗特性分析
3.2.1 Boost变换器的阻抗特性分析
3.2.2 Buck及Buck-Boost变换器的阻抗特性分析
3.3 基于阻抗匹配范围扩展的最大功率跟踪和最大效率跟踪研究
3.3.1 阻抗匹配范围分析
3.3.2 基于阻抗匹配范围扩展的最大功率跟踪和最大效率跟踪方法
3.4 仿真及实验分析
3.4.1 最大功率跟踪的仿真分析
3.4.2 最大功率跟踪的实验分析
3.4.3 最大效率跟踪的仿真及实验分析
3.5 本章小结
4 耦合系数自适应最大功率跟踪和最大效率跟踪
4.1 引言
4.2 耦合系数动态辨识方法
4.2.1 基于原边谐振参数的耦合系数辨识
4.2.2 基于副边谐振参数的耦合系数辨识
4.2.3 基于最大功率跟踪和最大效率跟踪拓扑的耦合系数辨识
4.3 耦合系数自适应最大功率跟踪和最大效率跟踪策略
4.3.1 耦合系数辨识中二值问题的解决方法
4.3.2 最大功率跟踪和最大效率跟踪策略
4.4 仿真及实验分析
4.4.1 最大功率跟踪的仿真分析
4.4.2 最大功率跟踪的实验分析
4.4.3 最大效率跟踪的仿真及实验分析
4.5 本章小结
5 基于信息交互的最大功率和最大效率跟踪控制
5.1 引言
5.2 基于电场耦合的信息交互方式
5.2.1 基于电场耦合的信号传输方法
5.2.2 能量与信号的传输通道分析
5.2.3 能量与信号的传输特性分析
5.2.4 信号传输通道设计
5.3 基于信息交互的最大功率和最大效率跟踪控制研究
5.3.1 系统输出恒压控制策略
5.3.2 基于信息交互的动态耦合系数辨识方法
5.3.3 最大功率跟踪和最大效率跟踪的控制流程
5.4 仿真及实验分析
5.4.1 实验装置及参数设计
5.4.2 信号传输的仿真及实验分析
5.4.3 动态耦合系数辨识的仿真及实验分析
5.4.4 最大功率跟踪控制的仿真及实验分析
5.4.5 最大效率跟踪控制的仿真及实验分析
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 本文工作总结
6.2 论文的主要创新点
6.3 后续研究工作的展望
致谢
参考文献
附录
A.作者在攻读博士学位期间发表的论文目录
B 作者在攻读博士学位期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于磁耦合谐振的无线电能传输系统设计[J]. 侯正文,肖岚. 电气自动化. 2015(06)
[2]感应式无线电能传输系统电能与信息同时传输[J]. 李雯文,马凯雄,马殿光,唐厚君. 电力电子技术. 2015(10)
[3]基于LCL-SS谐振网络的无线电能传输系统设计[J]. 莫汉秋,唐厚君,蓝建宇,姚辰. 电力电子技术. 2015(10)
[4]基于端口阻抗的磁耦合谐振式无线电能传输特征参数仿真方法研究[J]. 毛世通,朱春波,宋凯,魏国,迟浩坤. 电工技术学报. 2015(19)
[5]植入式人工心脏无线电能传输研究进展[J]. 尹成科,徐博翎. 电工技术学报. 2015(19)
[6]电动汽车无线充电时的电磁环境及安全评估[J]. 陈琛,黄学良,谭林林,闻枫,王维. 电工技术学报. 2015(19)
[7]基于输出能效特性的IPT系统磁耦合机构设计[J]. 王智慧,胡超,孙跃,戴欣. 电工技术学报. 2015(19)
[8]耦合谐振式无线电能传输系统的线圈优化[J]. 肖思宇,马殿光,张汉花,姚辰,唐厚君. 电工技术学报. 2015(S1)
[9]无线电能传输感性系统特性分析[J]. 张剑韬,朱春波,雷阳,宋凯,逯仁贵,魏国,陈清泉. 电工技术学报. 2015(S1)
[10]用于电动汽车动态供电的多初级绕组并联无线电能传输技术[J]. 宋凯,朱春波,李阳,郭尧,姜金海,张剑韬. 中国电机工程学报. 2015(17)
本文编号：3448080
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 论文的研究背景
1.2 IPT技术的国内外研究现状
1.2.1 理论研究现状
1.2.2 应用研究现状
1.2.3 最大功率跟踪以及最大效率跟踪研究现状
1.3 关键技术问题分析
1.4 论文的研究目的与研究意义
1.4.1 研究目的
1.4.2 研究意义
1.5 论文的组织结构与研究内容
1.6 本章小结
2 基于阻抗匹配方式的功率及效率跟踪机制
2.1 引言
2.2 最大功率跟踪和最大效率跟踪的负载条件分析
2.2.1 最大功率跟踪的负载条件分析
2.2.2 最大效率跟踪的负载条件分析
2.3 基于阻抗匹配方式的最大功率跟踪和最大效率跟踪机制
2.3.1 基于无源阻抗匹配方式的最大功率跟踪和最大效率跟踪方法
2.3.2 基于有源阻抗匹配方式的最大功率跟踪和最大效率跟踪方法
2.4 本章小结
3 面向最大功率和最大效率跟踪的阻抗匹配范围扩展方法
3.1 引言
3.2 CCM/DCM模式下DC/DC变换器的阻抗特性分析
3.2.1 Boost变换器的阻抗特性分析
3.2.2 Buck及Buck-Boost变换器的阻抗特性分析
3.3 基于阻抗匹配范围扩展的最大功率跟踪和最大效率跟踪研究
3.3.1 阻抗匹配范围分析
3.3.2 基于阻抗匹配范围扩展的最大功率跟踪和最大效率跟踪方法
3.4 仿真及实验分析
3.4.1 最大功率跟踪的仿真分析
3.4.2 最大功率跟踪的实验分析
3.4.3 最大效率跟踪的仿真及实验分析
3.5 本章小结
4 耦合系数自适应最大功率跟踪和最大效率跟踪
4.1 引言
4.2 耦合系数动态辨识方法
4.2.1 基于原边谐振参数的耦合系数辨识
4.2.2 基于副边谐振参数的耦合系数辨识
4.2.3 基于最大功率跟踪和最大效率跟踪拓扑的耦合系数辨识
4.3 耦合系数自适应最大功率跟踪和最大效率跟踪策略
4.3.1 耦合系数辨识中二值问题的解决方法
4.3.2 最大功率跟踪和最大效率跟踪策略
4.4 仿真及实验分析
4.4.1 最大功率跟踪的仿真分析
4.4.2 最大功率跟踪的实验分析
4.4.3 最大效率跟踪的仿真及实验分析
4.5 本章小结
5 基于信息交互的最大功率和最大效率跟踪控制
5.1 引言
5.2 基于电场耦合的信息交互方式
5.2.1 基于电场耦合的信号传输方法
5.2.2 能量与信号的传输通道分析
5.2.3 能量与信号的传输特性分析
5.2.4 信号传输通道设计
5.3 基于信息交互的最大功率和最大效率跟踪控制研究
5.3.1 系统输出恒压控制策略
5.3.2 基于信息交互的动态耦合系数辨识方法
5.3.3 最大功率跟踪和最大效率跟踪的控制流程
5.4 仿真及实验分析
5.4.1 实验装置及参数设计
5.4.2 信号传输的仿真及实验分析
5.4.3 动态耦合系数辨识的仿真及实验分析
5.4.4 最大功率跟踪控制的仿真及实验分析
5.4.5 最大效率跟踪控制的仿真及实验分析
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 本文工作总结
6.2 论文的主要创新点
6.3 后续研究工作的展望
致谢
参考文献
附录
A.作者在攻读博士学位期间发表的论文目录
B 作者在攻读博士学位期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于磁耦合谐振的无线电能传输系统设计[J]. 侯正文,肖岚. 电气自动化. 2015(06)
[2]感应式无线电能传输系统电能与信息同时传输[J]. 李雯文,马凯雄,马殿光,唐厚君. 电力电子技术. 2015(10)
[3]基于LCL-SS谐振网络的无线电能传输系统设计[J]. 莫汉秋,唐厚君,蓝建宇,姚辰. 电力电子技术. 2015(10)
[4]基于端口阻抗的磁耦合谐振式无线电能传输特征参数仿真方法研究[J]. 毛世通,朱春波,宋凯,魏国,迟浩坤. 电工技术学报. 2015(19)
[5]植入式人工心脏无线电能传输研究进展[J]. 尹成科,徐博翎. 电工技术学报. 2015(19)
[6]电动汽车无线充电时的电磁环境及安全评估[J]. 陈琛,黄学良,谭林林,闻枫,王维. 电工技术学报. 2015(19)
[7]基于输出能效特性的IPT系统磁耦合机构设计[J]. 王智慧,胡超,孙跃,戴欣. 电工技术学报. 2015(19)
[8]耦合谐振式无线电能传输系统的线圈优化[J]. 肖思宇,马殿光,张汉花,姚辰,唐厚君. 电工技术学报. 2015(S1)
[9]无线电能传输感性系统特性分析[J]. 张剑韬,朱春波,雷阳,宋凯,逯仁贵,魏国,陈清泉. 电工技术学报. 2015(S1)
[10]用于电动汽车动态供电的多初级绕组并联无线电能传输技术[J]. 宋凯,朱春波,李阳,郭尧,姜金海,张剑韬. 中国电机工程学报. 2015(17)
本文编号：3448080
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