磁谐振式无线电能传输系统频率跟踪设计

发布时间：2021-07-31 14:01

　　无线电能传输系统在传输过程中,针对系统失谐导致输出功率大大降低的问题,文章在Matlab/Simulink仿真库搭建了一套能够自动进行频率跟踪反馈的磁谐振式无线传能仿真系统,并对高频逆变电路触发脉冲信号发生器进行了设计与改进,使系统能够在发射端实现电压电流接近同相位,从而使系统在收发端传输能量时,处于接近纯阻态特性,减小了谐振线圈之间的无功损耗,增加了系统传输效率。仿真数据表明,该系统能够实时对发射端电流进行检测,并通过数字锁相环电路的调节信号对高频逆变器进行调节,输出与发射端电流同相位的逆变电压,实时进行动态调节。 

【文章来源】：现代电子技术. 2020,43(18)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

无线电能传输简化模型

由式（6）可以得出，η=G(f,M,RL,R1,R2)，当系统处于工作状态时，输入等效电阻R1与输出等效电阻R2以及谐振频率f大小确定，影响传输效率的主要变量为线圈互感M和RL，即η=G(M,RL)。图2即为当系统处于稳定工作状态，输入等效电阻、输出等效电阻、谐振频率确定时，传输效率η受线圈互感M与负载电阻RL的三维变化曲线图。2 技术原理及改进设计

本文的系统反馈电路设计原理图如图3所示。其工作原理为，发射端电流互感器对线路电流进行采集，然后将该电流信号通入2个选择开关（Switch）中，从而产生2个与正弦交流信号同频率的方波脉冲，但两方波脉冲相位相差π，即2个方波脉冲信号同频反相，将2个信号分别接入以系统固有谐振频率为中心频率的锁相环中的Ref端口作为参考信号。此时锁相环会进行以固有频率为中心点的上下调频，直至调到系统电流电压能够处于同相位的频率以后，锁相环进入锁定状态。从锁相环出来的跟踪信号第二次经过选择开关（Switch）电路进行脉冲占空比调节，为高频逆变器电路上下桥臂的IGBT留有充足的死区时间以避免由于不对称的开通和关断时间造成的桥臂直通现象[7]。由于该设计是以锁相环的跟踪反馈信号作为逆变器中IGBT的信号脉冲，而当系统在开始启动过程中时，反馈信号为0，系统不能够自启动。为了使系统能够自启动，而且在系统启动以后将锁相环跟踪脉冲信号作为逆变器的控制信号，本文设计以系统固有谐振频率作为信号发生器的信号频率，并设置了具有时间延时设定的同频反相脉冲信号。当系统在启动时，由信号发生器提供脉冲方波信号，一旦锁相环模块频率跟踪信号产生时，设定有时间延迟的反相信号发生器产生反相信号，抵消信号发生器脉冲信号。此时，逆变电路脉冲方波信号由锁相环跟踪信号提供，最终达到跟踪反馈的调节效果。

【参考文献】：
期刊论文
[1]磁谐振串并联混合模型无线电能传输效率分析[J]. 张杰臣,黎福海,陈刚,陈辰希.  电子技术应用. 2016(09)
[2]磁谐振无线电能传输串串式和串并式模型比较[J]. 卢文成,丘小辉,毛行奎,陈为.  电力电子技术. 2015(10)
[3]磁谐振无线输电系统E类逆变电路分析[J]. 周佳丽,张波,谢帆.  北京交通大学学报. 2015(05)
[4]无线电能传输系统中影响传输功率和效率的因素分析[J]. 李阳,杨庆新,陈海燕,闫卓,张献,薛明.  电工电能新技术. 2012(03)
[5]磁耦合谐振式无线电能传输系统的频率特性[J]. 李阳,杨庆新,闫卓,陈海燕,张献,金亮,薛明.  电机与控制学报. 2012(07)
[6]磁共振模式无线电能传输系统建模与分析[J]. 翟渊,孙跃,戴欣,苏玉刚,王智慧.  中国电机工程学报. 2012(12)

硕士论文
[1]磁耦合谐振式无线电能传输系统建模及优化分析[D]. 史继翠.湘潭大学 2013



本文编号：3313599