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基于频率控制的无线电能传输系统抗偏移研究

基于频率控制的无线电能传输系统抗偏移研究

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作者：左月重庆大学

学位级别：硕士

随着磁耦合式无线电能传输(Magnetic Field Coupled Wireless Power Transfer,MC-wpt)技术的进步和发展,对其可靠性、高能效、空间自由度以及环境适应能力等提出了更高的要求。其中,MC-wpt系统磁耦合机构偏移容忍度一直以来也是wpt系统... 详细信息

随着磁耦合式无线电能传输(Magnetic Field Coupled Wireless Power Transfer,MC-wpt)技术的进步和发展,对其可靠性、高能效、空间自由度以及环境适应能力等提出了更高的要求。其中,MC-wpt系统磁耦合机构偏移容忍度一直以来也是wpt系统的一个重要指标。事实表明,耦合机构发射线圈与拾取线圈相对位置的改变必将导致系统能量传输特性发生较大改变。针对这一问题,目前国内外学者从耦合机构、谐振网络及控制技术三大方面已经展开了一些研究并取得了一定成果,但依然存在耦合机构设计兼容性低、谐振网络设计复杂以及控制不稳定等问题。针对MC-wpt系统磁耦合机构的偏移问题,论文围绕其抗偏移方法展开研究,建立了系统松耦合机构漏感模型,并根据系统输入信号源的性质给出了具有恒压或恒流输出特性的谐振网络设计方法,在此基础上以双边lcl谐振拓扑为研究对象建立了双边lcl-wpt系统数学模型,给出了具有恒压输出特性的系统参数配置方法,并对偏移下系统的传输特性进行了分析;进而对双边lcl-wpt系统的抗偏移原理进行了研究,提出了一种基于频率控制的双边lcl-wpt系统抗偏移方法,分别从系统输出特性、输入阻抗角特性及能效特性三个方面对其偏移特性进行了分析,论证了基于此频率控制的系统抗偏移方法可以实现系统在偏移下的动态稳定输出,并且能够有效应对负载的波动,同时使系统始终运行在ZVS工况下;为了进一步提升系统的综合能效,给出了双边lcl-wpt系统初始参数配置方法,通过合理的参数配置,可以实现系统在偏移下的动态稳定输出,使其具有良好的抗偏移性能和综合能效。针对论文中提出的基于频率控制的系统抗偏移方法,分析了系统频率控制的基本原理,提出了基于发射端电流检测的系统频率控制方法,并给出了系统频率控制策略的整体框图,通过引入遗传算法,给出了系统频率控制策略的具体实现流程,并搭建了双边lcl-wpt系统的仿真模型,通过仿真对论文所提的系统频率控制策略进行了验证。最后为了进一步验证论文中提出的基于频率控制的系统抗偏移方法和频率控制策略的正确性和合理性,搭建了一套500W的实验样机,分别对其进行了恒压输出特性实验验证以及抗偏移特性实验验证。本文所提出的基于频率控制的无线电能传输系统抗偏移方法对于解决MC-wpt系统偏移问题具有一定的理论指导意义和工程实践价值。

关键词： MC-wpt技术双边lcl-wpt系统抗偏移频率控制动态稳定

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