基于提高纵向容错率的无线能量传输系统的设计
发布时间：2021-11-22 11:58
随着科学技术的日益发展,尤其是最近几年的突飞猛进,给人们带来了一次次的技术革命,人们对电能的使用需求也越来越高。在一些特殊的环境下,例如给需要移动的用电器供电时,无线能量传输（Wireless Power Transfer,WPT）带来了许多便利,因此受到了越来越多研究人员的重视。特别是磁耦合谐振式无线能量传输（Magnetic-Coupled Resonant Wireless Power Transmission,MCR-WPT）系统,这种方式传输功率大,效率高,在中远距离的能量传输方面有很大优势,所以日渐成为研究的重点。然而,只有在谐振状态下的MCR-WPT电路才能达到最高效率的传输,在系统失谐状态下,系统的传输效率会急剧下降,系统的大部分的能量都损耗在电路中。本文针对磁耦合谐振式无线能量传输系统传输过程中如何提高纵向容错率的问题做了进一步深入的研究。为了提高纵向容错率,本文首先针对磁耦合谐振式无线能量传输模型进行理论分析和仿真计算。对MCR-WPT系统的SS,SP,PS,PP四种拓扑补偿结构进行仿真分析,得到每种结构的传输特点和适用的环境。通过对比分析,发现SS结构拓扑补偿电路...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单个充电线圈和多个充电线圈结构
兰州大学硕士学位论文基于提高纵向容错率的无线能量传输系统的设计4线圈在同一平面上，所有负载回路的线圈也在同一平面，驱动回路和负载回路的不需要机械运动来改变电路结构，其中发射和接收线圈直径为60cm，如图1-2[43]所示。通过实验得到，可重构的磁共振耦合无线能量传输系统在MIS=40cm时，与传统四线圈磁耦合系统相比，可重构式的磁共振耦合系统的传输效率提高了10.7%。但是由于这种结构在使用过程中电路较为复杂，需要多个线圈之间切换，无论是控制选择线圈的开关，还是线圈的选择上都不便于操作，并且这种结构匹配也不是连续的，存在一定的误差。图1-2可重构的磁共振耦合无线能量传输系统物理模型和等效模型[43]同样是来自美国的阿拉巴拿马大学的董志刚教授在2015年提出了一种横向错位无线能量传输系统，在横向失配的无线能量传输系统中确定了传输效率最低点，提出了一种利用发射线圈或接收线圈通过角旋转的方法来消除传输效率最低点[44]。其基本结构如1-3[44]所示，通过系统仿真得出结论，当收发线圈的外径为60cm的四线圈结构，收发线圈垂直距离为30cm时，所提出的方法消除了传输效率最低点，并将有效传输范围从50cm左右提高到70cm左右，即延伸了40％。但这种方式需要收发线圈位置较为固定，自由度较低，并且只做了理论方针，没有进行实验操作，说明实验比较困难，不适合广泛使用。
兰州大学硕士学位论文基于提高纵向容错率的无线能量传输系统的设计5图1-3横向错位无线能量传输系统结构图[44]重庆大学的李小飞教授在2016年提出了一种基于耦合系数辨识和阻抗匹配的最大功率传输跟踪方法[45]。如图1-4所示，该方法可以识别耦合系数和负载，通过改变Buck变换器的占空比实现负载等效电阻值的变化，从而实现阻抗匹配。通过控制器改变Buck电路的开关管，在不同的占空比值，Buck电路的等效电阻不同，通过此方式来改变负载端的等效电阻，从而实现耦合系数调整和最大功率传输。但是这种方式仅仅是相当于改变负载端的电阻来匹配系统，这种方式可调范围较小，仅适用于系统轻微失调，适用范围较校图1-4阻抗匹配原理图[45]来自重庆大学的戴鑫教授在2019年提出了一种电动汽车动态充电双激励单元无线充电系统的充电区域确定方法[46]，如图1-5所示，并且给出了电动汽车进入充电区域时切换控制系统工作模式的方法。其工作原理是基于直流电流输入和负载检测来计算动态互感系数。根据输出功率需求可以计算出充电区域，给出了一种控制多励磁机组充电过程的开关模式方法，可以实现两个发射端口自动切换工作。该方法在不增加电压和电流应力的情况下，有利于提高系统的功率容量，可以提高系统的输出功率和效率，有助于降低多励磁机组间快速切换时的能量损
【参考文献】：
期刊论文
[1]手机无线充电技术综述[J]. 唐曼玲,包桦楠,何清,钟雯,雷宇辉. 电子世界. 2018(08)
[2]新型高效率远距离无线充电装置设计[J]. 赵纬明. 科学技术创新. 2018(02)
[3]磁耦合谐振式无线电能传输频率控制方法研究[J]. 刘帼巾,李义鑫,崔玉龙,边鑫磊,白佳航. 电器与能效管理技术. 2017(12)
[4]具有中继谐振线圈的磁耦合谐振无线电能传输系统[J]. 田子建,林越,杨洪文,樊京,陈健,李玮祥. 电工技术学报. 2015(S1)
[5]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)
[6]小功率无线电能传输系统应用研究[J]. 赵俊锋,黄学良. 电工技术学报. 2015(14)
[7]多组无线电能传输系统间效率影响因素分析[J]. 景无为,黄学良,陈琛,刘瀚,谭林林,王维. 电工技术学报. 2015(14)
[8]无线电能传输技术研究与应用综述[J]. 黄学良,谭林林,陈中,强浩,周亚龙,王维,曹伟杰. 电工技术学报. 2013(10)
[9]磁共振模式无线电能传输系统建模与分析[J]. 翟渊,孙跃,戴欣,苏玉刚,王智慧. 中国电机工程学报. 2012(12)
[10]电磁耦合谐振式传能系统的频率分裂特性研究[J]. 张献,杨庆新,陈海燕,李阳,张欣,金亮. 中国电机工程学报. 2012(09)
硕士论文
[1]磁耦合谐振式无线电能传输系统的最大功率跟踪[D]. 陈浩然.青岛科技大学 2019
本文编号：3511641
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单个充电线圈和多个充电线圈结构
兰州大学硕士学位论文基于提高纵向容错率的无线能量传输系统的设计4线圈在同一平面上，所有负载回路的线圈也在同一平面，驱动回路和负载回路的不需要机械运动来改变电路结构，其中发射和接收线圈直径为60cm，如图1-2[43]所示。通过实验得到，可重构的磁共振耦合无线能量传输系统在MIS=40cm时，与传统四线圈磁耦合系统相比，可重构式的磁共振耦合系统的传输效率提高了10.7%。但是由于这种结构在使用过程中电路较为复杂，需要多个线圈之间切换，无论是控制选择线圈的开关，还是线圈的选择上都不便于操作，并且这种结构匹配也不是连续的，存在一定的误差。图1-2可重构的磁共振耦合无线能量传输系统物理模型和等效模型[43]同样是来自美国的阿拉巴拿马大学的董志刚教授在2015年提出了一种横向错位无线能量传输系统，在横向失配的无线能量传输系统中确定了传输效率最低点，提出了一种利用发射线圈或接收线圈通过角旋转的方法来消除传输效率最低点[44]。其基本结构如1-3[44]所示，通过系统仿真得出结论，当收发线圈的外径为60cm的四线圈结构，收发线圈垂直距离为30cm时，所提出的方法消除了传输效率最低点，并将有效传输范围从50cm左右提高到70cm左右，即延伸了40％。但这种方式需要收发线圈位置较为固定，自由度较低，并且只做了理论方针，没有进行实验操作，说明实验比较困难，不适合广泛使用。
兰州大学硕士学位论文基于提高纵向容错率的无线能量传输系统的设计5图1-3横向错位无线能量传输系统结构图[44]重庆大学的李小飞教授在2016年提出了一种基于耦合系数辨识和阻抗匹配的最大功率传输跟踪方法[45]。如图1-4所示，该方法可以识别耦合系数和负载，通过改变Buck变换器的占空比实现负载等效电阻值的变化，从而实现阻抗匹配。通过控制器改变Buck电路的开关管，在不同的占空比值，Buck电路的等效电阻不同，通过此方式来改变负载端的等效电阻，从而实现耦合系数调整和最大功率传输。但是这种方式仅仅是相当于改变负载端的电阻来匹配系统，这种方式可调范围较小，仅适用于系统轻微失调，适用范围较校图1-4阻抗匹配原理图[45]来自重庆大学的戴鑫教授在2019年提出了一种电动汽车动态充电双激励单元无线充电系统的充电区域确定方法[46]，如图1-5所示，并且给出了电动汽车进入充电区域时切换控制系统工作模式的方法。其工作原理是基于直流电流输入和负载检测来计算动态互感系数。根据输出功率需求可以计算出充电区域，给出了一种控制多励磁机组充电过程的开关模式方法，可以实现两个发射端口自动切换工作。该方法在不增加电压和电流应力的情况下，有利于提高系统的功率容量，可以提高系统的输出功率和效率，有助于降低多励磁机组间快速切换时的能量损
【参考文献】：
期刊论文
[1]手机无线充电技术综述[J]. 唐曼玲,包桦楠,何清,钟雯,雷宇辉. 电子世界. 2018(08)
[2]新型高效率远距离无线充电装置设计[J]. 赵纬明. 科学技术创新. 2018(02)
[3]磁耦合谐振式无线电能传输频率控制方法研究[J]. 刘帼巾,李义鑫,崔玉龙,边鑫磊,白佳航. 电器与能效管理技术. 2017(12)
[4]具有中继谐振线圈的磁耦合谐振无线电能传输系统[J]. 田子建,林越,杨洪文,樊京,陈健,李玮祥. 电工技术学报. 2015(S1)
[5]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)
[6]小功率无线电能传输系统应用研究[J]. 赵俊锋,黄学良. 电工技术学报. 2015(14)
[7]多组无线电能传输系统间效率影响因素分析[J]. 景无为,黄学良,陈琛,刘瀚,谭林林,王维. 电工技术学报. 2015(14)
[8]无线电能传输技术研究与应用综述[J]. 黄学良,谭林林,陈中,强浩,周亚龙,王维,曹伟杰. 电工技术学报. 2013(10)
[9]磁共振模式无线电能传输系统建模与分析[J]. 翟渊,孙跃,戴欣,苏玉刚,王智慧. 中国电机工程学报. 2012(12)
[10]电磁耦合谐振式传能系统的频率分裂特性研究[J]. 张献,杨庆新,陈海燕,李阳,张欣,金亮. 中国电机工程学报. 2012(09)
硕士论文
[1]磁耦合谐振式无线电能传输系统的最大功率跟踪[D]. 陈浩然.青岛科技大学 2019
本文编号：3511641
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