感应耦合能量传输系统频率分叉现象研究

发布时间：2017-08-19 04:09

  本文关键词：感应耦合能量传输系统频率分叉现象研究

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【摘要】：感应耦合能量传输作为一种典型的无线电能传输技术,通过两线圈之间的电磁感应将电能从电源端传输到用电设备,近年来逐渐成为国内外科研机构和企业的研究热点。感应耦合能量传输系统中松耦合变压器原边和副边线圈之间不存在导线连接,实现了电气隔离和物理隔离,避免了机械磨损、高压触电等隐患,且不受外部恶劣环境的影响,所以在电动汽车无线充电方面有着广阔的应用前景。 本文首先综述了无线电能传输技术的技术优势、感应耦合能量传输系统的基本原理以及频率分叉现象的国内外研究现状。 接下来,本文对感应耦合能量传输系统中频率分叉现象产生的原因进行了分析。本文着重分析了系统中的关键器件——松耦合变压器的互感等效模型和等效电路。由于松耦合变压器不同于普通的紧耦合变压器,原边和副边线圈漏感较大,为了提高系统的功率传输能力,本文对松耦合变压器原边和副边的电容补偿电路进行了对比研究,进而得出了本文采用的原边串联补偿电容、副边并联补偿电容的电路拓扑。 但加入补偿电容派生了一个问题,系统呈现更加复杂的高阶特性,即独有的频率分叉现象。本文从系统阻抗角入手,深入分析了频率分叉现象产生的原因,重点讨论了频率分叉临界条件中副边品质因数和松耦合变压器耦合系数的关系；并分别在副边品质因数、松耦合变压器耦合系数及系统工作频率固定的条件下分析了频率分叉现象对输出电压增益的影响。 最后,在上述理论分析基础上,结合工程设计要求,搭建了感应耦合能量传输系统频率分叉现象的研究实验平台。本文给出了电路原理图、主要器件选型、松耦合变压器的设计和测试结果。通过Matlb/Simulink仿真分析和实验平台测试,本文着重对感应耦合能量传输系统中频率分叉现象进行了对比研究,为未来工程应用感应耦合能量传输技术提供了技术依据。
【关键词】：感应耦合能量传输 松耦合变压器 电容补偿 频率分叉现象
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM724
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景11
• 1.2 感应耦合能量传输的基本原理和关键技术11-13
• 1.3 频率分叉现象的国内外研究现状13-14
• 1.4 课题研究的意义和内容14-17
• 1.4.1 课题研究的意义14
• 1.4.2 课题研究的内容14-17
• 第2章 频率分叉现象产生的原因及条件17-35
• 2.1 基本电路拓扑结构和相关物理量17-22
• 2.1.1 松耦合变压器的互感等效电路18-19
• 2.1.2 副边电路的交流等效电路19-20
• 2.1.3 副边电路的反映阻抗20-21
• 2.1.4 原边电路的有功功率和视在功率21-22
• 2.2 电容补偿电路22-28
• 2.2.1 松耦合变压器副边并联补偿电容24-26
• 2.2.2 松耦合变压器原边串联补偿电容26-28
• 2.3 频率分叉现象产生的原因28-30
• 2.4 频率分叉现象产生的条件30-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第3章 频率分叉现象对系统的影响分析35-51
• 3.1 频率分叉现象对变频系统的影响35-39
• 3.1.1 副边品质因数和工作频率对输出电压增益的影响35-37
• 3.1.2 松耦合变压器耦合系数和工作频率对输出电压增益的影响37-39
• 3.2 频率分叉现象对定频系统的影响39-42
• 3.3 仿真验证42-48
• 3.4 本章小结48-51
• 第4章 频率分叉现象研究实验平台51-67
• 4.1 原理图设计51-53
• 4.1.1 主电路原理图设计51-52
• 4.1.2 驱动电路原理图设计52
• 4.1.3 保护电路原理图设计52-53
• 4.2 主要器件选选型53-59
• 4.2.1 输入侧整流桥选型53-54
• 4.2.2 功率开关管选型54
• 4.2.3 输出侧整流二极管选型54-55
• 4.2.4 控制芯片选型55
• 4.2.5 松耦合变压器设计55-59
• 4.3 软件设计59-66
• 4.3.1 DSP软件设计59-65
• 4.3.2 CPLD软件设计65-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第5章 系统实验及测试67-81
• 5.1 松耦合变压器测试67-73
• 5.1.1 两参数测试法67-68
• 5.1.2 四参数测试法68-69
• 5.1.3 测试结果及分析69-73
• 5.2 实验分析73-80
• 5.2.1 补偿电容和工作频率对电压、电流波形的影响73-75
• 5.2.2 副边品质因数和工作频率对系统输出电压增益和效率的影响75-76
• 5.2.3 耦合系数和工作频率对系统输出电压增益和效率的影响76-78
• 52.4 频率分叉现象对定频系统的影响78-80
• 5.3 本章小结80-81
• 第6章 结论和展望81-83
• 6.1 结论81
• 6.2 展望81-83
• 参考文献83-87
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果87-91
• 学位论文数据集91

【参考文献】

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本文编号：698560