无线电能传输谐振补偿拓扑分析及参数优化

作     者：李逸杰 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苏建徽;马志保

授予年度：2020年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：无线电能传输 补偿拓扑 参数优化 负载电阻 互感 

摘      要：无线电能传输（Wireless Power Transfer,WPT）作为一种高效、可靠、灵活的新型电能接入技术,采用原边侧与副边侧分离的松耦合变压器作为能量传输的关键环节,摆脱了传统电能传输方式直接电气连接带来的各种限制,受到了社会各界的广泛关注。因其传输距离较远、抗干扰能力强,已被广泛应用在众多领域包括电动汽车、移动电话、航空航天、铁路运输以及植入式医疗设备等,具备良好的应用前景。本文介绍了无线电能传输系统的组成与工作原理,并分别利用等效磁路模型及等效电路模型阐述松耦合变压器的电磁关系及工作特性,然后利用Ansys Maxwell对松耦合变压器进行仿真建模与特性分析。介绍了无线电能传输基本的补偿拓扑,建立了SS型与LCC型谐振补偿拓扑的磁耦合等效模型并利用模型阐述其基本工作特性。针对无线电能传输技术中应用较为广泛的SS型、LCC型补偿拓扑进行深入分析,对比了两种补偿拓扑在输出端短路、输出端断路及系统失耦合工况下的鲁棒性并对分析结果进行了详细的总结,然后比较了两种补偿拓扑在恒功率工况下谐振补偿电容的电压应力,最后对两种补偿拓扑的效率传输特性进行分析,并依据分析结果得出了两者的优势负载区域。分别针对SS型与LCC型补偿拓扑的效率最优负载点进行分析,并基于效率最优负载点对两种补偿拓扑的互感参数进行优化,计算出两者的互感优化区间,最后通过仿真验证了理论分析的正确性。搭建了无线电能传输实验平台,介绍了效率—互感特性实验与互感优化区间验证实验的测试方法,最后通过实验对比了SS型、LCC型补偿拓扑在不同负载电阻条件下系统的效率—互感特性,并通过实验验证了互感优化区间的理论正确性。