磁耦合谐振式无线电能传输系统特性的研究

发布时间：2017-10-09 01:21

  本文关键词：磁耦合谐振式无线电能传输系统特性的研究

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【摘要】：磁耦合谐振式无线电能传输系统与电磁辐射式无线电能传输系统相比较,可以发现,前者的输出效率更高。而且,传输距离要比感应式无线电能传输系统远,所以磁耦合谐振式无线电能传输系统有着更大的应用。谐振耦合电能无线传输实际应用的一个难题是谐振频率的失谐。本文基于谐振耦合电能无线传输的机理和模型,分析了谐振耦合无线传输的失谐机理,讨论了影响系统发生失谐的各方面因素,给出了系统失谐的检测方法,并分析了在系统失谐的情况下如何提高系统效率的方法。本文针对系统的模型做了系统的数学描述,并对产生系统失谐的各项因素做了定性的分析,得出了这些因素对系统的传输功率和效率的影响的结论。设计了频率跟踪方法来提高系统在失谐情况下的工作效率。首先,是对系统的传输性能进行了研究。通过对RWPT等效电路模型的建立,以及将理论分析与仿真验证结合起来,就得出了系统的失谐机理,接收线圈吸收收发线圈大部分能量的前提是要保证发射电路频率与接收电路的固有频率保持一致,因为此时它们的匹配阻抗最低,电流才会最大,接收线圈能吸收发射线圈的大部分能量；相反,若两者的频率不一致时即为失谐状态,发射回路本身会消耗发射源的大部分能量,从而不会被接收回路吸收,影响了输出效率。因此,维持发射源频率和系统的固有谐振频率一致是实现磁耦合谐振无线电能传输的关键部分。然后,就需要针对RWPT频率失谐的问题找出解决对策,因此,就涉及到了RWPT频率跟踪控制。研究表明,如果拓扑为SS型和SP型时,发射线圈的电流信号可以直接被频率跟踪,但要实现对接收线圈的电流信号频率跟踪,就要先采取移相处理。通过一系列的实验发现：系统具有自动调整功能,即便刚开始的系统频率不达标,在实际运行过程中,由于要跟踪发射信号的频率,系统最终会慢慢自动调整频率,并达到标准值。并且在传输距离不同的情况下,不具有频率跟踪的系统的效果远不如跟踪发射线圈电流信号频率的系统。最后,基于上述分析和研究,产生驱动脉冲信号的控制器为FPGA和DSP,硬件实现了频率跟踪控制,并设计和实现了一个基本的无线电能传输系统。
【关键词】：磁耦合谐振式 无线电能传输 失谐机理 频率跟踪控制
【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
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-27
• 1.1 引言15-16
• 1.2 磁耦合谐振式无线电能传输研究现状16-24
• 1.2.1 国外研究现状16-22
• 1.2.2 国内研究现状22-24
• 1.3 需要进一步研究的问题24
• 1.4 课题研究内容和主要工作24-27
• 第二章 磁耦合谐振式无线电能传输特性研究27-45
• 2.1 引言27
• 2.2 磁耦合谐振式无线电能传输的模型27-28
• 2.3 交流电源频率变化时的传输特性28-30
• 2.3.1 交流电源频率变化时传输特性的理论分析28-29
• 2.3.2 交流电源频率变化时传输特性的仿真研究29-30
• 2.4 不同传输距离下的传输特性30-33
• 2.4.1 不同传输距离下的传输特性的理论分析30-32
• 2.4.2 不同传输距离下的传输特性的仿真研究32-33
• 2.5 负载对传输特性的影响33-35
• 2.5.1 负载对传输特性的影响的理论分析33-34
• 2.5.2 负载对传输特性的影响的仿真研究34-35
• 2.6 不同拓扑类型的磁耦合谐振式无线电能传输的比较35-44
• 2.6.1 SS拓扑和SP拓扑的比较35-40
• 2.6.2 PS拓扑和PP拓扑的比较40-44
• 2.7 本章小结44-45
• 第三章 磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制研究45-65
• 3.1 引言45
• 3.2 频率跟踪控制的理论研究45-52
• 3.2.1 采用SS拓扑的无线电能传输45-47
• 3.2.2 采用SS拓扑的无线电能传输的频率特性47-49
• 3.2.3 采用SP拓扑的无线电能传输49-50
• 3.2.4 采用SP拓扑的无线电能传输的频率特性50-52
• 3.3 频率跟踪控制的仿真研究52-64
• 3.3.1 采用SS拓扑时的频率跟踪仿真设计53-57
• 3.3.2 采用SS拓扑时的频率跟踪仿真结果57-59
• 3.3.3 采用SP拓扑时的频率跟踪的仿真设计59-62
• 3.3.4 采用SP拓扑时的频率跟踪的仿真结果62-64
• 3.4 本章小结64-65
• 第四章 磁藕合谐振式无线电能传输功率变换器设计65-79
• 4.1 引言65
• 4.2 硬件设计65-72
• 4.2.1 硬件整体设计65
• 4.2.2 DC/AC主电路65-67
• 4.2.3 驱动电路67-70
• 4.2.4 发射端和接收端70
• 4.2.5 电流信号检测与调理70-72
• 4.3 控制器软件设计72-77
• 4.3.1 跟踪发射线圈的电流信号频率的思路72-74
• 4.3.2 FPGA产生驱动脉冲74-77
• 4.4 本章小结77-79
• 第五章 实验结果79-101
• 5.1 引言79
• 5.2 DSP+FPGA控制器实验研究79-80
• 5.3 DC/AC主电路与驱动电路实验研究80-82
• 5.4 基本的无线电能传输实验研究82-85
• 5.5 频率跟踪控制实验研究85-98
• 5.5.1 电流信号检测85-89
• 5.5.2 电流信号调理89-90
• 5.5.3 频率跟踪控制效果90-98
• 5.6 本章小结98-101
• 第六章 总结和展望101-103
• 6.1 课题总结101-102
• 6.2 展望102-103
• 参考文献103-107
• 致谢107-109
• 研究成果及发表的学术论文109-111
• 作者与导师简介111-113
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书113-114

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本文编号：997370