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电工技术学报 2021年第24期36卷 5153-5164页

作者：李中启李上游李晶邹瑶黄守道湖南大学电气与信息工程学院长沙412008 湖南工业大学交通工通工程学院株洲412007 湖南工业大学电气与信息工程学院株洲412007

在磁耦合谐振式动态无线电能传输系统中,发射线圈与接收线圈之间的相对水平偏移距离将达到发射线圈边长的一半,此时线圈间互感波动非常剧烈,导致系统无法正常工作。为此该文提出了一种多接收线圈正反串联结构来减小互感波动率。首先,提... 详细信息

在磁耦合谐振式动态无线电能传输系统中,发射线圈与接收线圈之间的相对水平偏移距离将达到发射线圈边长的一半,此时线圈间互感波动非常剧烈,导致系统无法正常工作。为此该文提出了一种多接收线圈正反串联结构来减小互感波动率。首先,提出了一种矩形线圈互感计算方法,运用提出的互感计算方法,分析了该线圈结构的互感特性;其次,给出了一种互感优化方法,运用提出的优化方法,得到了满足设计要求的各线圈参数;最后,根据得到的线圈参数,研制了一套基于多接收线圈正反串联结构的无线电能传输系统,通过仿真和实验验证了所提结构与方法的正确性。结果显示,运用提出的结构,其线圈间的偏移距离在发射线圈边长一半范围内变化时,线圈间最大互感波动率仅为3.81%。

关键词：动态无线电能传输系统互感计算互感优化多接收线圈正反串联结构

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动态无线电能传输系统控制策略的研究

动态无线电能传输系统控制策略的研究

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作者：葛竑俊沈阳工业大学

学位级别：硕士

近年来,随着新能源技术的进一步开发以及广泛应用,无线电能传输技术作为一种适用于各种场合的新型电能传输技术获得无论高校以及科技公司的积极关注、研究与应用,无线电能传输技术包括静态电能传输技术以及动态电能传输技术;而当中的动... 详细信息

近年来,随着新能源技术的进一步开发以及广泛应用,无线电能传输技术作为一种适用于各种场合的新型电能传输技术获得无论高校以及科技公司的积极关注、研究与应用,无线电能传输技术包括静态电能传输技术以及动态电能传输技术;而当中的动态无线电能传输技术更是现今主要研究方向,其相较于已经比较完善的静态充电技术拥有更加光明的发展前景以及更好的实用性。但是动态无线电能传输技术由于其时变性和不确定性以及其他环境因素影响,导致在其充电过程中可能会出现耦合机构的的相对位置的偏移导致谐振频率的改变,进而影响传输效率,使系统具有时变性与不确定性等特点。本文针对可以应用于电动汽车的动态无线电能传输系统进行研究。1.基于电动汽车对动态无线电能传输系统的要求进行具体分析,选择合适的谐振网络以及耦合结构。针对谐振补偿网络的选择,分别分析基于SS型号以及其他三种型号的谐振补偿网络的无线电能传输系统在不同情况下的传输特性,例如不同的负载阻值以及不同的耦合系数。针对耦合机构的选择,分别分析圆形和矩形耦合结构对系统传输效率的影响。针对仿真结果进行分析,选用SS型谐振补偿网络以及矩形耦合结构。2.对动态无线电能传输系统整体进行建模分析,利用Matlab/Simulink软件建立系统整体仿真模型,分析动态无线电能传输系统的动态特性,研究动态无线电能传输系统中由于系统的动态特性导致系统的耦合机构的相对位置以及系统的谐振频率发生变化对系统输出效率的影响。设计系统时,使用DC/DC模块中的降压模块作为直流变换环节,利用开关管占空比的大小控制支流输出电压的大小,一个周期内的输入端到输出端的能量都是由开关管控制。3.当动态无线电能传输系统因为其动态特性导致系统无法保持谐振导致系统的工作效率下降时,引入锁相环技术。由于频率的变化导致系统中产生多个不同的谐振频率,应用传统的跟踪方式,无法保证系统可以获得最佳的谐振频率,因而利用锁相环技术对频率进行跟踪,锁相环可以根据所得到的相位差进行负反馈调节,调节系统的电压与电流的相位,保证获得同相位的输出电压与电流,从而进一步获得最佳的谐振频率。利用Matlab/Simulink软件设计仿真电路,验证了锁相环技术可以提高系统的传输效率。4.动态无线电能传输系统应用于户外环境时候,会因为外界的因素使系统具有更多的不确定性以及更高的鲁棒性要求,在系统的副边侧加入线性自抗扰控制器,将系统遭受的外界的扰动以及其他扰动归为一种线性内扰,利用其自抗扰的性质使系统获得更高的传输效率。利用Matlab/Simulink软件设计仿真电路,验证了线性自抗扰控制器可以提高系统传输效率。

关键词：动态无线电能传输系统动态传输特性 SS型谐振补偿网络锁相环技术线性自抗扰控制器

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基于电流前馈控制的动态无线供电输出波动抑制策略研究

基于电流前馈控制的动态无线供电输出波动抑制策略研究

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作者：张百川哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

相比于静态无线电能传输技术(Wireless Power Transfer,WPT),动态WPT技术允许移动设备在运行过程中进行充电,极大地提高了充电效率与灵活性,且越来越向着更高功率等级发展。由于动态磁耦合机构的自身特性与不连续的发射线圈切换过程,系... 详细信息

相比于静态无线电能传输技术(Wireless Power Transfer,WPT),动态WPT技术允许移动设备在运行过程中进行充电,极大地提高了充电效率与灵活性,且越来越向着更高功率等级发展。由于动态磁耦合机构的自身特性与不连续的发射线圈切换过程,系统的输出电压或电流往往会随着设备的运动而不断波动,进而影响到充电效率与电池寿命。因此,本文将应用于大功率场合的三电平Buck(Three Level Buck,Buck TL)作为动态WPT系统接收端DC-DC变换器,对接收端系统输出波动抑制的控制策略进行研究。首先,研究了WPT系统低阶与高阶谐振网络接收端等效电源特性,分析了动态WPT系统中不同谐振补偿拓扑的适用性;之后对Buck TL变换器基本工作原理与稳态特性进行分析,给出了一种可行的飞跨电容平衡控制策略;分别建立WPT系统接收端等效电压源和电流源输入的Buck TL变换器小信号模型,对比分析两种模型的开环与闭环特性,相比恒压源系统,恒流源输入的Buck TL模型阶数为3阶,且存在右半平面零点,因而闭环稳定性更低。其次,以分段线圈型与长导轨型磁耦合机构为例,研究了耦合波动对接收端DC-DC变换器的影响以及输出波动原因;对恒流源输入的Buck TL变换器的闭环特性进行分析,说明了传统比例-积分(PI)控制策略无法有效抑制动态WPT系统输出波动的原因,基于恒流源Buck TL传递函数模型,设计了一种接收端电流前馈控制策略,从理论上说明了该策略在提高系统输出功率稳定性的同时可提升系统暂态性能,并通过仿真验证了所提出控制策略的有效性。最后,研制了动态无线充电Buck TL接收变换器实验样机,从系统拓扑、主功率电路、辅助电源电路、驱动与采样电路方面进行设计;设计了动态WPT系统的静态模拟方案并通过仿真和实验验证该方案可行性;在此方案和实验样机基础上,进行所提出控制策略的2.6k W实验验证,实验结果表明,所提出的控制策略在不影响接收端Buck TL系统效率的同时,相比PI控制,在电阻负载时可将系统输出低频电压纹波由13%降低至4.4%,在电池负载时将系统输出充电电流低频纹波由22%降低至9%,同时暂态实验也证明所提出的控制策略可以提高系统响应速度,提升系统的暂态性能。

关键词：动态无线电能传输系统输出波动抑制策略三电平Buck变换器小信号模型

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