LCC-S型无线电能传输系统优化设计及控制研究

发布时间：2020-10-31 18:28

　　 电能作为一种经济、清洁、易控和转换的能量形态,在人们的生产生活中具有极其重要的作用。而随着社会经济水平的提高以及科学技术的日益进步,电能传统的有线传输方式所具有的诸多缺点制约着电能更加灵活、广泛地应用。无线电能传输技术应运而生,其占地少、环境适应能力强、灵活便捷等应用特点使其具有广阔的发展前景。目前,该技术已逐渐应用于消费电子、家用电器、电动交通、植入式医疗等领域。其中适用于电动交通无线充电的磁耦合式无线电能传输技术发展最为迅猛,相关技术标准及示范性应用正逐渐进入人们的视野。本文就一种磁耦合式LCC-S型的无线电能传输系统传输特性及功率控制展开研究。本文首先从其基本分类及原理、车用相关技术标准、理论及应用现状等方面归纳了目前无线电能传输技术发展态势。然后对补偿结构等效电路的配置方式和输入输出特性进行分析,并基于传统的基本补偿拓扑配置了 LCC-S型补偿网络;进而对LCC-S型无线电能传输系统建立数学模型,提出了其可稳定运行且具有应用价值的多个工作模式,从逆变电流畸变、元件应力、传输效率及功率、输出增益等多个方面对各工作模式进行对比分析。接着,考虑实际系统应用要求建立了该系统的多目标优化模型,并基于多目标遗传优化算法搜寻工作模式运行频率,从优化角度验证了所提出的具有应用价值的工作模式;其次,考虑了实际系统补偿元件参数漂移情况,对补偿网络参数进行多目标遗传优化配置。进而,设计了磁耦合式无线电能传输系统实验平台,并简要介绍了硬件设计过程中所遇到的部分问题及解决方法;同时,基于该实验样机对LCC-S型无线电能传输系统各工作模式传输特性进行实验验证,与理论和仿真分析结果基本吻合,并在磁谐振耦合模式下实现了发射线圈恒流、输出恒压的特性;此外,对于参数漂移情况下的系统运行性能变化进行了实验分析。最后,分析了无线电能传输系统功率控制的基本要求以及现有功率控制方式的优缺点,确定了采用接收侧非隔离式四开关升降压变换器的恒压控制方案,并介绍了升降压变换器硬件设计过程;基于该变换器进行恒压控制实验,在负载及耦合条件变化、补偿元件参数漂移等情况下实现了良好的控制性能。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM724
【部分图文】：

高效率、远距离无线电能传输。目前，无线电能传输技术可根据其实现原理或能??量载体形式大致分为三类：电磁耦合式、电磁辐射式、机械波式，又可根据具体??实现方式细分为十种传输方式。如图１－１所示：第一类电磁耦合式分为电场耦合??和磁场耦合，其中磁场耦合又分为磁感应式、磁谐振式和磁动力耦合式；第二类??辐射式分为微波传输、激光传输、ＷｉＦｉ传输、红外光传输；第三类机械波式主??要是指超声波无线传输。??无线电能传输技术??ｖ?＾??电磁耦合式１?ｆ?机械波式１?ｆ电磁辐射式＇??Ｖ?Ｖ?Ｖ?Ｖ?Ｖ??＼??电场耦合式１?ｆ磁场耦合式１??????＾?Ｊ?Ｖ??＼???＊＾?广?士?１?｜ｃ＾?＾?＾?＾＾＞??＾?Ｉ?１?Ｉ?１?Ｓ?Ｉ?＾?ＷｉＰｉ?＾??＾?ｍ?Ｓ?ｉ?２?浪?ｉ?ｉ?传光??应丨辰传?Ｓ?２?＾?ｆｔ??４?４?式式合?於?输输?於??式式?ｍ?揃??图１－１无线电能传输技术分类??２??

磁动力耦合式（Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｄｙｎａｍｉｃ?Ｃｏｕｐｌｉｎｇ，?ＭＤＣ）无线电能传输是指利用??磁场间的相互作用，创建一个具有３６０度自由定向的“远程磁性齿轮”系统，如??图１－２所示，其发射侧产生主磁场使接收侧磁体依次移动，运动的接收侧磁体产??生次级磁场引起附近线圈产生电流从而进行能量的无线传输，接收侧交流电流的??频率对应于耦合磁场的频率。其技术特点：采用６０－４００ＨＺ的低频技术，比基于??其他原理实现的无线充电高频系统产生的电磁干扰（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ?Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，??ＥＭＩ）少得多，产生的感应热也很少，电磁场辐射低于ＩＣＮＩＲＰ?（２０１０）限值，??可以透过水、金属甚至人体组织安全地传输电能；该技术可实现从几ｐＷ到数十??ｋＷ的功率传输，其传输距离主要取决于主磁场和次级磁场之间磁耦合的强度，??可达几十厘米；ＭＤＣ－ＷＰＴ技术可以实现较高的传输效率，且对发射机和接收机??之间的位置偏差有较高的容忍度Ｐ＾ＭＤＣ－ＷＰＴ作为一种新兴的无线电能传输方??式，由加拿大不列颠哥伦比亚大学⑴ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｂｒｉｔｉｓｈ?Ｃｏｌｕｍｂｉａ，?ＵＢＣ）罗恩？怀??特海德（ＬｏｍｅＷｈｉｔｅｈｅａｄ）教授团队研发

?山东大学硕士学位论文＋????通的规划中，未来的车用无线充电技术的适用场景将更加广泛，将充电线圈埋设??在道路表面下从而实现电动车辆的动态充电（Ｄｙｎａｍｉｃ?Ｅｌｅｃｔｒｉｃ?Ｖｅｈｉｃｌｅ?Ｃｈａｒｇｉｎｇ，??ＤＥＶＣ）。德国Ｃｏｎｄｕｃｔｉｘ－Ｗａｍｐｆｌｅｒ公司开发的感应式动力及数据传输系统ＩＰＴ??Ｒａｉｌ?（具有轨道式布置的初级线圈电缆，由Ｅ型集电器从轨道式电缆的多个侧面??感应拾取电能，该系统主要用于轨道式应用）、ＩＰＴＦｌ〇〇ｒ（初级电缆嵌入在地面??下，由Ｆ型集电器从地下线缆感应拾取电能，该系统主要用于地面运行车辆，如??自动化车间的ＡＧＶ小车）、ＩＰＴ?Ｃｈａｒｇｅ?（用于电动车辆智能充电的自动感应耦??合充电系统），如图〗－３所不。??
【参考文献】

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本文编号：2864333