无线电能传输系统失谐机理及控制策略研究

发布时间：2017-09-24 12:40

  本文关键词：无线电能传输系统失谐机理及控制策略研究

  更多相关文章： 无线电能传输 频率跟踪 直接相位控制 ZVS软开关 相位补偿

【摘要】：无线电能传输(Wireless power transfer,WPT)是一种非接触式的电能传输技术,近年来受到了广泛关注。然而,由于负载以及互感系数等因素的变化,WPT系统谐振网络的工作频率将出现分裂现象,引起频率失谐的问题,由此将大幅降低系统的传输功率及效率。因此,开展WPT系统失谐机理及控制策略研究具有重要的意义。本文从WPT系统失谐机理出发,提出了一种基于二阶广义积分器锁相环(Second-Order Generalized Integrator Phase-Locked Loop,SOGI-PLL)的直接相位控制(Direct Phase Control,DPC)方法。DPC方法可实现频率跟踪、相位补偿及零电压开关(Zero-Voltage-Switching,ZVS)运行,不同工况下的仿真及实验结果都证实了该方法能有效地解决频率失谐的问题。本文主要完成了以下工作:(1)介绍了国内外对WPT系统失谐机理及控制策略研究现状。(2)研究了WPT主电路构成,并进行建模,重点分析了WPT系统失谐机理,通过图表分析阐述了失谐对系统输出功率及输入功率因数等的影响,探究失谐控制对提高WPT系统传输功率以及效率的重要性。(3)提出了基于SOGI-PLL的WPT系统失谐控制策略,详细分析了控制系统组成。与传统锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)相比,SOGI-PLL是一种基于自适应滤波器的锁相环,其受输入信号的畸变、干扰影响程度较低。通过直接相位控制方法可以控制WPT系统的相位差,该相位差包括逆变器输出电压、电流间的相位差以及采样过程中引入的相位延迟。SOGI-PLL提供谐振电流的相位用以动态地调节逆变器输出电压频率。(4)采用线性系统理论对该控制策略进行了稳定性分析。(5)阐述了WPT系统构成及失谐控制系统设计,着重介绍了主电路、采样电路、驱动电路、PCB电路设计方法及程序设计思路。(6)制作了试验样机并进行了相关实验验证。
【关键词】：无线电能传输 频率跟踪 直接相位控制 ZVS软开关 相位补偿
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 引言9-10
• 1.2 国内外研究现状10-18
• 1.2.1 阻抗匹配法10-13
• 1.2.2 频率跟踪法13-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-19
• 1.4 课题研究意义及创新性19-20
• 第2章 WPT系统失谐机理分析20-29
• 2.1 引言20
• 2.2 WPT系统主电路构成20-21
• 2.3 WPT系统建模21-22
• 2.4 失谐机理分析22-28
• 2.4.1 负载变化23-24
• 2.4.2 互感变化24-26
• 2.4.3 电感变化26-27
• 2.4.4 电容变化27-28
• 2.5 本章小节28-29
• 第3章 WPT系统失谐控制策略29-46
• 3.1 引言29
• 3.2 频率跟踪29-36
• 3.2.1 SOGI-QSG31-33
• 3.2.2 Park变换33-34
• 3.2.3 直接相位控制34-36
• 3.3 软开关实现36-38
• 3.3.1 理论分析36-38
• 3.3.2 实验验证38
• 3.4 相位补偿38-40
• 3.4.1 理论分析38-40
• 3.4.2 实验验证40
• 3.5 稳定性分析40-43
• 3.6 仿真结果及分析43-45
• 3.7 本章小节45-46
• 第4章 WPT系统硬件与软件设计46-63
• 4.1 引言46
• 4.2 系统构成46
• 4.3 硬件电路设计46-52
• 4.3.1 直流电源部分设计46-47
• 4.3.2 主电路设计47
• 4.3.3 采样电路设计47-49
• 4.3.4 驱动电路设计49-51
• 4.3.5 PCB电路设计51-52
• 4.3.6 试验样机52
• 4.4 程序设计52-57
• 4.4.1 系统程序设计52-53
• 4.4.2 中断服务子程序设计53-54
• 4.4.3 SOGI-PLL程序设计54-57
• 4.5 实验结果及分析57-62
• 4.5.1 负载变化59
• 4.5.2 互感变化59-62
• 4.6 本章小节62-63
• 第5章 总结与展望63-65
• 5.1 总结63-64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 个人简历、攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果69

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本文编号：911471