磁耦合谐振式无线电能传输高频发射装置拓扑理论与控制策略研究
发布时间：2023-02-28 21:43
磁耦合谐振式无线电能传输技术具有传输效率高、传输距离远、介质依赖性小、环境适应性强等优势,是国内外科员工作者的研究热点之一。现有研究成果中主要存在:变流装置自身损耗大、频率较低,系统共振频率鲁棒性较差等问题。以此为切入点,首先提出了 一种用于磁耦合谐振式无线电能传输系统发射端的新型Z源逆变器,以提高发射端发射电压调节范围,对其拓扑结构和工作原理进行了分析;为提高逆变器输出频率,提出了一种二倍频控制策略,使输出频率为开关频率的两倍;同时,详细分析了母线电压变比、电压电流应力和传输效率之间的关系。该逆变器具有母线电压变比大、二倍频输出、电容电压应力小和启动冲击电流小等优势。为进一步突破开关管工作频率对高频谐振的制约,提出了一种单向能量主动注入式磁耦合谐振无线电能传输系统发射装置,分析了拓扑结构与工作模态,并推导出其零电压开关的约束条件,以及开关管电压电流应力和传输功率的表达式。为提高功率传输能力,在此基础上提出了一种双向能量主动注入式发射装置,并提出一种优化移相控制策略。针对这两种能量主动注入式发射装置,提出了一种功率调控策略及其最大功率跟踪算法,系统分析了功率调控策略的原理,以及最大功率...
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 磁耦合谐振式无线电能传输技术研究现状
1.2.1 磁耦合谐振式无线电能传输系统建模方法
1.2.2 磁耦合谐振式无线电能传输系统拓扑结构
1.2.3 磁耦合谐振式无线电能传输系统控制方法
1.2.4 磁耦合谐振式无线电能传输系统线圈设计
1.3 论文主要研究内容
第二章 Z源型磁耦合谐振式无线电能传输系统逆变器
2.1 拓扑结构及工作原理
2.1.1 拓扑结构
2.1.2 工作原理
2.2 二倍频控制策略
2.3 性能分析
2.3.1 母线电压变比
2.3.2 电压应力分析
2.3.3 效率分析
2.4 仿真与实验结果
2.5 本章小结
第三章 能量主动注入式磁耦合谐振无线电能传输发射装置
3.1 单向能量主动注入式发射装置
3.1.1 拓扑结构
3.1.2 工作模态
3.1.3 软开关设计
3.1.4 电压电流应力分析
3.1.5 功率分析
3.2 双向能量主动注入式发射装置
3.2.1 拓扑结构及其移相控制策略
3.2.2 工作模态
3.2.3 性能分析
3.3 功率调控策略及其最大功率跟踪算法
3.3.1 基于自由谐振占空比的功率调控策略
3.3.2 最大功率跟踪算法
3.4 本章小结
第四章 磁耦合谐振式无线电能传输系统的实现
4.1 线圈设计与分析
4.1.1 平面螺旋线圈设计
4.1.2 线圈有限元分析
4.2 磁耦合谐振式无线电能传输系统发射装置参数设计
4.2.1 单向能量主动注入式发射装置参数设计与器件选型
4.2.2 双向能量主动注入式发射装置参数设计与器件选型
4.3 接收端电路设计与器件选型
4.3.1 接收端电路设计
4.3.2 器件选型
4.4 系统控制电路设计
4.4.1 隔离型MOSFET驱动电路设计
4.4.2 采样及有效值运算电路设计
4.4.3 开关管零电压开通判断电路设计
4.5 软件程序设计
4.5.1 移相控制策略的实现
4.5.2 最大功率跟踪算法的实现
4.6 本章小结
第五章 仿真与实验结果
5.1 单向能量主动注入式发射装置仿真与实验
5.1.1 多倍频特性验证
5.1.2 零电压开关验证
5.1.3 自适应谐振特性验证
5.1.4 效率测试
5.2 双向能量主动注入式发射装置仿真与实验
5.2.1 多倍频特性验证
5.2.2 零电压开关验证
5.2.3 双向能量注入特性验证
5.2.4 效率测试
5.3 系统控制电路实验验证
5.3.1 电压采样及其有效值运算电路实验验证
5.3.2 电流采样及其有效值运算电路实验验证
5.3.3 开关管零电压开通判断电路实验验证
5.4 系统传输特性的实验研究
5.4.1 传输距离特性的实验研究
5.4.2 径向偏移距离特性的实验研究
5.4.3 角度偏转特性的实验研究
5.5 本章小节
第六章 总结与展望
6.1 研究总结
6.2 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的科研成果
致谢
本文编号：3751880
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 磁耦合谐振式无线电能传输技术研究现状
1.2.1 磁耦合谐振式无线电能传输系统建模方法
1.2.2 磁耦合谐振式无线电能传输系统拓扑结构
1.2.3 磁耦合谐振式无线电能传输系统控制方法
1.2.4 磁耦合谐振式无线电能传输系统线圈设计
1.3 论文主要研究内容
第二章 Z源型磁耦合谐振式无线电能传输系统逆变器
2.1 拓扑结构及工作原理
2.1.1 拓扑结构
2.1.2 工作原理
2.2 二倍频控制策略
2.3 性能分析
2.3.1 母线电压变比
2.3.2 电压应力分析
2.3.3 效率分析
2.4 仿真与实验结果
2.5 本章小结
第三章 能量主动注入式磁耦合谐振无线电能传输发射装置
3.1 单向能量主动注入式发射装置
3.1.1 拓扑结构
3.1.2 工作模态
3.1.3 软开关设计
3.1.4 电压电流应力分析
3.1.5 功率分析
3.2 双向能量主动注入式发射装置
3.2.1 拓扑结构及其移相控制策略
3.2.2 工作模态
3.2.3 性能分析
3.3 功率调控策略及其最大功率跟踪算法
3.3.1 基于自由谐振占空比的功率调控策略
3.3.2 最大功率跟踪算法
3.4 本章小结
第四章 磁耦合谐振式无线电能传输系统的实现
4.1 线圈设计与分析
4.1.1 平面螺旋线圈设计
4.1.2 线圈有限元分析
4.2 磁耦合谐振式无线电能传输系统发射装置参数设计
4.2.1 单向能量主动注入式发射装置参数设计与器件选型
4.2.2 双向能量主动注入式发射装置参数设计与器件选型
4.3 接收端电路设计与器件选型
4.3.1 接收端电路设计
4.3.2 器件选型
4.4 系统控制电路设计
4.4.1 隔离型MOSFET驱动电路设计
4.4.2 采样及有效值运算电路设计
4.4.3 开关管零电压开通判断电路设计
4.5 软件程序设计
4.5.1 移相控制策略的实现
4.5.2 最大功率跟踪算法的实现
4.6 本章小结
第五章 仿真与实验结果
5.1 单向能量主动注入式发射装置仿真与实验
5.1.1 多倍频特性验证
5.1.2 零电压开关验证
5.1.3 自适应谐振特性验证
5.1.4 效率测试
5.2 双向能量主动注入式发射装置仿真与实验
5.2.1 多倍频特性验证
5.2.2 零电压开关验证
5.2.3 双向能量注入特性验证
5.2.4 效率测试
5.3 系统控制电路实验验证
5.3.1 电压采样及其有效值运算电路实验验证
5.3.2 电流采样及其有效值运算电路实验验证
5.3.3 开关管零电压开通判断电路实验验证
5.4 系统传输特性的实验研究
5.4.1 传输距离特性的实验研究
5.4.2 径向偏移距离特性的实验研究
5.4.3 角度偏转特性的实验研究
5.5 本章小节
第六章 总结与展望
6.1 研究总结
6.2 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的科研成果
致谢
本文编号：3751880
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