太阳能无人机中高增益DC-DC变换器的研究

发布时间：2020-05-20 04:47

【摘要】：由于太阳能无人机技术的发展,其对续航时间与里程越来越高的要求使得电源系统也要尽可能提高效率、降低质量。而目前,随着新型高效高增益变换器研究技术的出现,研究该类变换器在太阳能无人机的能源系统中的应用,对于满足以上需求,具有重要的工程意义。首先,本文研究了新型耦合电感反接式高增益DC-DC变换器,阐述了其工作原理与工作特性。分析与计算结果表明了该高增益变换器具有降低匝比以提升电压增益的“反比”特性,这助于减小磁性元件乃至整个硬件系统的体积。又设计了基于该变换器的最大功率跟踪系统验证其在具体应用中的性能,在仿真系统中实现了最大功率点追踪,并通过具体的实验验证了该高增益变换器作为光伏电池接口变换器的实用性。其次提出了应用于电池储能系统的基于耦合电感的双向高增益DC-DC变换器,该变换器可以以较低的匝比实现双向高升/降压增益,以减小电路体积,同时变换器中的开关管具有电压应力低的特性。通过引入同步整流技术,实现了开关器件的零电压开通,这有助于降低系统损耗。该设计方法拓宽了非隔离型双向直流变换器的设计思路。而具体的理论分析与实验也验证了该变换器的特性,展现了其在电池储能系统中的广阔应用前景。最后搭建了蓄电池充放电控制系统的仿真模型与实验平台,设计了合理的充放电控制算法。该系统的Simulink仿真实验结果与实际的充放电控制实验结果,表明了所设计的变换器可以较好的满足对电池进行充放电的任务,同时也验证了本文所设计的控制方法的适用性。
【图文】：

无人机,太阳神

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2.1 国外研究现状美国是最早进行该种新型无人机研究的国家。其研究的开始最早是在 197设计并试飞成功了世界上第一架太阳能飞机“Sunrise I”之后，又设计了下飘渺神鹰”太阳能飞机，随后，更高性能的“飘渺信天翁”在几年之内出现为该系列改进版的两架太阳能飞机又于随后的两年内相继问世[6-8]。当前，太阳能飞机技术已经发展了将近五代，最近的四代早已问世，目前五代机也许久。最新的“太阳神”无人机已经开始了在三万米高空飞行数月的研究目其正在实施的“秃鹰”(Vulture)无人机研究资助计划，也产生了像 “太阳鹰能无人机的优秀方案，如图 1-1 所示，其翼展超过百米，并使用了新颖的结，增加了飞机的可拆解性，并降低了机身质量。其太阳能帆板的设计也增大可吸收的能量[9-10]。

无人机,太阳能,西风

a) “西风 6”太阳能无人机 b) “西风 7”太阳能无人机图 1-2 西风太阳能无人机系列a) 阳光动力 2 号太阳能飞机 b) 谷歌 SkyBender 项目太阳能飞机1-3 阳光动力 2 号太阳能飞机与 SkyBender 太阳能飞机2.2 国内研究现状我国在太阳能无人机研究方面起步较晚，但是经过十几年的努力，也取得了的成就。目前已有的资料显示，，我国第一个明确的太阳能无人机研究计划“绿锋”2002 年启动于广东。一年以后，太阳能无人机 1/2 比例的技术验证机就成
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46

【参考文献】