磁耦合谐振式无线电能传输功率特性研究

发布时间：2017-09-30 23:23

  本文关键词：磁耦合谐振式无线电能传输功率特性研究

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【摘要】：磁耦合谐振式无线电能传输(RWPT)系统,是一种在未来可以广泛应用的无线供能技术。其拥有感应式无线电能传输系统的较高传输功率的优点,同时是传输距离可以适当增加的松耦合传输系统。本文理论上给出谐振电路、传输电路的电路数学模型,以及相关参数计算。研究了产生高频交流电的逆变电路,用于电路谐振的谐振电路、电能传输电路,用于保持较高传输效率和功率的频率跟踪电路、驱动脉冲。首先,总结比较了三种无线电能传输技术和五种主要的谐振电路拓扑方式,分析其技术特点和优劣势,给出提高传输效率、传输距离等功率特性的相关方法。再次,给出用于高频电源电产生的两个高频逆变电路并进行理论分析。用电路耦合模型理论建立RWPT发射和接收线圈的谐振耦合模型,进行相关计算和仿真后,得到结果一致。通过仿真比较了SS和SP谐振拓扑在负载大小不同时、传输距离不同时的传输特性。然后,进行频率跟踪方案的选取和测试,通过仿真实验,确定了对SP拓扑的发射端进行电流频率跟踪方案。仿真结果表示,该种跟踪结果能较好的完成跟踪目的,系统的传输效率和传输功率优于无跟踪系统的电路。最后,结合以上的理论和仿真分析,设计实现频率跟踪电路的实验平台。给出用于产生驱动电压的FPGA设计思路,产生驱动电压后加入频率跟踪模块实现频率跟踪。设计硬件实验电路,并对全桥逆变电路的可靠性和E类放大器电路的参数进行了计算。软硬件结合,实现了FPGA产生驱动脉冲,硬件电路完成高频逆变功能,整个电路实现的谐振频率实时跟踪功能。
【关键词】：磁耦合谐振式 无线电能传输 功率特性 频率跟踪 高频逆变
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 引言12-14
• 1.2 磁耦合谐振式无线电能传输的发展14-20
• 1.2.1 国外发展现状14-16
• 1.2.2 国内研究现状16-18
• 1.2.3 国内外发展总结18-20
• 1.3 需要进一步研究的问题20
• 1.4 课题主要内容和工作20-22
• 第二章 磁耦合谐振式无线电能传输功率特性理论研究22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 用于磁耦合谐振式无线电能传输的逆变电路模型22-25
• 2.2.1 全桥逆变电路22-23
• 2.2.2 E类放大器23-25
• 2.3 磁耦合谐振无线电能传输谐振耦合模型25-26
• 2.4 不同条件对磁耦合无线电能传输特性的研究26-30
• 2.4.1 交流电源频率不同情况下传输特性变化26-27
• 2.4.2 传输距离不同情况下传输特性变化27-30
• 2.5 不同谐振拓扑类型的传输特性比较30-35
• 2.6 本章总结35-36
• 第三章 磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制研究36-44
• 3.1 引言36
• 3.2 频率跟踪控制理论研究36-39
• 3.2.1 串-并拓扑WPT数学模型建立36-37
• 3.2.2 串-并拓扑WPT的相关幅频特性37-39
• 3.3 频率跟踪控制仿真验证39-43
• 3.3.1 串-并拓扑频率跟踪的仿真设计39-41
• 3.3.2 串-并拓扑频率跟踪仿真结果41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 磁耦合谐振式无线电能传输功率系统实验设计44-60
• 4.1 引言44
• 4.2 软件设计44-46
• 4.2.1 脉冲分析思路44-46
• 4.2.2 频率跟踪思路46
• 4.3 硬件设计46-59
• 4.3.1 整体设计46-47
• 4.3.2 逆变主电路研究47-55
• 4.3.3 驱动电路55-57
• 4.3.4 发射端与接收端57-58
• 4.3.5 电流信号检测与调理58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 实验结果60-72
• 5.1 引言60
• 5.2 FPGA输出驱动脉冲观察60-61
• 5.3 逆变主电路的相关仿真实验研究61-64
• 5.3.1 实验室中全桥逆变电路实验61-63
• 5.3.2 E类放大器相关仿真实验63-64
• 5.4 基本的WPT实验研究64-67
• 5.5 频率跟踪控制实验研究67-70
• 5.5.1 电流频率信号检测67-68
• 5.5.2 电压模拟量转数字量实验68
• 5.5.3 频率跟踪控制效果68-70
• 5.6 本章小结70-72
• 第六章 总结和展望72-74
• 6.1 课题总结72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 研究成果及发表的学术论文80-82
• 作者与导师简介82-84
• 附件84-85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：951030