数字化控制谐振耦合式水下非接触电能传输技术研究

作     者：王海洋 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李德骏

授予年度：2013年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 0816[工学-测绘科学与技术] 

主      题：数字化控制 非接触电能传输 谐振频率 数字信号处理器(DSP) Matlab Simulink电路仿真 

摘      要：机电设备进行水下探测活动的关键是其与海底基站之间进行电能传输和信息通讯的能力。水下非接触式电能传输(CLPT)系统基于电磁感应原理实现电能在电源与负载之间无线传输,可以有效地解决水下机电设备电能传输问题。 非接触式电能传输系统工作于谐振状态时,系统有最大的传输效率。由于负载参数的不确定性,不同的负载将会引起系统固有谐振频率的变化,导致系统传输效率下降。另外,由于海水具有导电性,海水等效电容也将会对系统谐振频率产生影响。本文设计的数字化控制系统跟踪CLPT系统谐振频率,确保系统以最大效率传输电能。 本文用互感模型对电磁耦合器进行建模,计算系统电路的阻抗特性。着重分析了感性负载和容性负载引起次级谐振频率的变化,以及海水等效电容对系统谐振频率的影响。据此提出了数字化控制方法,检测次级回路电压电流信号,通过控制初级逆变器开关的通断,实现系统谐振频率的跟踪。 应用Matlab/Simulink软件,对数字化控制系统进行了仿真分析,仿真结果证明控制方法有效可行。并且根据理论计算和仿真结果,确定系统参数。设计系统硬件电路,利用电流感应变压器检测次级电压电流信号,通过射频技术实现数据从次级到初级的无线传输。基于F2812DSP处理器对系统进行软件设计,对次级相位差信号进行采样,通过一定的算法处理,输出PWM控制信号,调整系统工作频率,实现系统再次谐振。 最后对系统进行了实验室测试,次级回路电压电流信号相位差接近零时,DSP输出稳定的PWM控制信号。系统能够在150kHz到190kHz频率范围内,以1.8kHz的步长,实现系统谐振频率的跟踪控制。