基于磁耦合串串谐振式高效率无线充电技术研究
发布时间：2021-11-22 19:54
安全、可靠、便捷的电能传输方式一直是人类的追求目标。磁耦合谐振式无线电能传输技术具备米级的传输距离以及较高的传输效率,为人类提供一种全新的电能传输方案。由于此技术很好地解决了传统有线电能传输带来的漏电、电火花、电气接头老化等问题,使得它在电动汽车、手机、生物医疗等领域应用具备诸多优势。目前国内外市场上也相继出现基于此技术的产品。本文以电动汽车充电为研究背景,根据磁耦合谐振式无线电能传输原理,搭建小型化无线充电平台。通过对电动汽车充电特性进行分析,提出一种适用于电动汽车的无线充电变频控制策略,使得系统具备较高的传输效率和实际应用能力。首先,本文根据谐振原理和等效电路理论,建立了串串型谐振式无线电能传输数学模型。给出了负载、补偿电容以及耦合系数与系统效率、总阻抗相角、输出电压和输出功率之间的数学关系。并分析了在强耦合时出现频率分裂现象的原理,搭建了基于MATLAB的仿真模型。其次,根据无线充电系统总体设计要求。设计了一种硬件电路拓扑,其中包括电磁耦合机构设计、补偿电容选择、电路板设计和无线通信方案。根据电动汽车电池充电特性曲线,采用两块DSP控制器,完成了系统控制策略设计和相关程序编写工作...
【文章来源】：安徽工业大学安徽省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微波式WPT结构框图
（2）电场耦合式WPT主要的原理是电容耦合效应。通过原副边极板的电容耦合效应，产生交变电场使能量进行传递。其实质也是电磁波的传输方式，与传统的线圈式的区别就是将原副边线圈替换成极板。图1.2为电场耦合式WPT结构框图。图1.2 电场耦合式WPT结构框图（3）电磁感应式WPT是最早应用于电器市场上一种WPT方式，各种无线充电的牙刷、手机、汽车和无尾电视等产品都以从实验室走向市场。其中新西兰奥克兰大学鲍易斯教授研究团队，不仅在理论分析上取得很大的成绩，还将大功率感应式WPT多次应用到国外的相关领域上[7]。美国并为此制定了电动汽车无线充电标准——SAEJ.1773[8]。图1.3为电磁感应式WPT结构框图。图1.3 电磁感应式WPT结构框图（4）磁耦合谐振式WPT最早是麻省理工学院（MIT）的马林·索尔贾希克（Marin Soljacic）所提出的理论，并引起各国科学家的广泛关注。磁耦合谐振式WPT的理论主要是一个含有电感和电容的谐振系统中会存在一个固定的谐振频率，当它们的处在相等的固有频率下，两个系统由于耦合谐振使电能传递到接收侧。磁耦合谐振式WPT有效地提高了传递间距（米级），虽不及微波的传输距离，但其工作安全可靠，实用功率最大达到数十千瓦，效率最高达到百分之九十以上，是当前WPT重要的研究方向
电标准——SAEJ.1773[8]。图1.3为电磁感应式WPT结构框图。图1.3 电磁感应式WPT结构框图（4）磁耦合谐振式WPT最早是麻省理工学院（MIT）的马林·索尔贾希克（Marin Soljacic）所提出的理论，并引起各国科学家的广泛关注。磁耦合谐振式WPT的理论主要是一个含有电感和电容的谐振系统中会存在一个固定的谐振频率，当它们的处在相等的固有频率下，两个系统由于耦合谐振使电能传递到接收侧。磁耦合谐振式WPT有效地提高了传递间距（米级），虽不及微波的传输距离，但其工作安全可靠，实用功率最大达到数十千瓦，效率最高达到百分之九十以上，是当前WPT重要的研究方向，具有巨大的应用潜力[9]。图1.4为磁耦合谐振式WPT结构框图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁耦合谐振式无线电能传输技术研究动态与应用展望[J]. 黄学良,王维,谭林林. 电力系统自动化. 2017(02)
[2]基于方波载波占空比调制的ECPT系统能量信号并行传输技术[J]. 苏玉刚,周玮,呼爱国,孙跃,陈龙. 电工技术学报. 2015(21)
[3]空间太阳能电站的激光无线能量传输技术研究[J]. 李振宇,张建德,黄秀军. 航天器工程. 2015(01)
[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]Transfer efficiency optimal control of magnetic resonance coupled system of wireless power transfer based on frequency control[J]. TAN LinLin,HUANG XueLiang,HUANG Hui,ZOU YuWei & LI Hui School of Electrical Engineering,Southeast University,Nanjing 210096,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(06)
[6]CPT系统能量与信号混合传输技术[J]. 孙跃,王琛琛,唐春森,戴欣,王智慧. 电工电能新技术. 2010(04)
[7]非接触感应电能传输系统的频率分叉现象及移相控制策略[J]. 封阿明,毛志鑫,秦海鸿. 上海电机学院学报. 2010(01)
[8]电流型CPT系统传输功率调节方法[J]. 孙跃,王智慧,苏玉刚,戴欣,唐春森. 重庆大学学报. 2009(12)
[9]频率跟踪式谐振耦合电能无线传输系统研究[J]. 傅文珍,张波,丘东元. 变频器世界. 2009(08)
[10]自谐振线圈耦合式电能无线传输的最大效率分析与设计[J]. 傅文珍,张波,丘东元,王伟. 中国电机工程学报. 2009(18)
博士论文
[1]感应耦合电能传输系统能效特性的分析与优化研究[D]. 夏晨阳.重庆大学 2010
[2]新型无接触供电系统的研究[D]. 武瑛.中国科学院研究生院（电工研究所） 2004
硕士论文
[1]基于电磁耦合机构的三线圈ICPT系统效率优化研究[D]. 李云涛.重庆大学 2016
[2]基于全桥谐振变换器的非接触电能传输系统基本特性研究[D]. 封阿明.南京航空航天大学 2011
[3]ICPT系统频率稳定性分析及耦合传输功率研究[D]. 黄俊博.重庆大学 2010
[4]磁耦合谐振式无线能量传输功率特性研究[D]. 任立涛.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3512348
【文章来源】：安徽工业大学安徽省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微波式WPT结构框图
（2）电场耦合式WPT主要的原理是电容耦合效应。通过原副边极板的电容耦合效应，产生交变电场使能量进行传递。其实质也是电磁波的传输方式，与传统的线圈式的区别就是将原副边线圈替换成极板。图1.2为电场耦合式WPT结构框图。图1.2 电场耦合式WPT结构框图（3）电磁感应式WPT是最早应用于电器市场上一种WPT方式，各种无线充电的牙刷、手机、汽车和无尾电视等产品都以从实验室走向市场。其中新西兰奥克兰大学鲍易斯教授研究团队，不仅在理论分析上取得很大的成绩，还将大功率感应式WPT多次应用到国外的相关领域上[7]。美国并为此制定了电动汽车无线充电标准——SAEJ.1773[8]。图1.3为电磁感应式WPT结构框图。图1.3 电磁感应式WPT结构框图（4）磁耦合谐振式WPT最早是麻省理工学院（MIT）的马林·索尔贾希克（Marin Soljacic）所提出的理论，并引起各国科学家的广泛关注。磁耦合谐振式WPT的理论主要是一个含有电感和电容的谐振系统中会存在一个固定的谐振频率，当它们的处在相等的固有频率下，两个系统由于耦合谐振使电能传递到接收侧。磁耦合谐振式WPT有效地提高了传递间距（米级），虽不及微波的传输距离，但其工作安全可靠，实用功率最大达到数十千瓦，效率最高达到百分之九十以上，是当前WPT重要的研究方向
电标准——SAEJ.1773[8]。图1.3为电磁感应式WPT结构框图。图1.3 电磁感应式WPT结构框图（4）磁耦合谐振式WPT最早是麻省理工学院（MIT）的马林·索尔贾希克（Marin Soljacic）所提出的理论，并引起各国科学家的广泛关注。磁耦合谐振式WPT的理论主要是一个含有电感和电容的谐振系统中会存在一个固定的谐振频率，当它们的处在相等的固有频率下，两个系统由于耦合谐振使电能传递到接收侧。磁耦合谐振式WPT有效地提高了传递间距（米级），虽不及微波的传输距离，但其工作安全可靠，实用功率最大达到数十千瓦，效率最高达到百分之九十以上，是当前WPT重要的研究方向，具有巨大的应用潜力[9]。图1.4为磁耦合谐振式WPT结构框图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁耦合谐振式无线电能传输技术研究动态与应用展望[J]. 黄学良,王维,谭林林. 电力系统自动化. 2017(02)
[2]基于方波载波占空比调制的ECPT系统能量信号并行传输技术[J]. 苏玉刚,周玮,呼爱国,孙跃,陈龙. 电工技术学报. 2015(21)
[3]空间太阳能电站的激光无线能量传输技术研究[J]. 李振宇,张建德,黄秀军. 航天器工程. 2015(01)
[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]Transfer efficiency optimal control of magnetic resonance coupled system of wireless power transfer based on frequency control[J]. TAN LinLin,HUANG XueLiang,HUANG Hui,ZOU YuWei & LI Hui School of Electrical Engineering,Southeast University,Nanjing 210096,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(06)
[6]CPT系统能量与信号混合传输技术[J]. 孙跃,王琛琛,唐春森,戴欣,王智慧. 电工电能新技术. 2010(04)
[7]非接触感应电能传输系统的频率分叉现象及移相控制策略[J]. 封阿明,毛志鑫,秦海鸿. 上海电机学院学报. 2010(01)
[8]电流型CPT系统传输功率调节方法[J]. 孙跃,王智慧,苏玉刚,戴欣,唐春森. 重庆大学学报. 2009(12)
[9]频率跟踪式谐振耦合电能无线传输系统研究[J]. 傅文珍,张波,丘东元. 变频器世界. 2009(08)
[10]自谐振线圈耦合式电能无线传输的最大效率分析与设计[J]. 傅文珍,张波,丘东元,王伟. 中国电机工程学报. 2009(18)
博士论文
[1]感应耦合电能传输系统能效特性的分析与优化研究[D]. 夏晨阳.重庆大学 2010
[2]新型无接触供电系统的研究[D]. 武瑛.中国科学院研究生院（电工研究所） 2004
硕士论文
[1]基于电磁耦合机构的三线圈ICPT系统效率优化研究[D]. 李云涛.重庆大学 2016
[2]基于全桥谐振变换器的非接触电能传输系统基本特性研究[D]. 封阿明.南京航空航天大学 2011
[3]ICPT系统频率稳定性分析及耦合传输功率研究[D]. 黄俊博.重庆大学 2010
[4]磁耦合谐振式无线能量传输功率特性研究[D]. 任立涛.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3512348
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