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作者：韩庆松华中科技大学

学位级别：硕士

面对高速发展的国民经济以及日益严峻的环境问题,调整能源结构,促进经济转型成为当下经济发展的重点。大力发展天然气产业,促进燃气灶行业的调整与持续发展,研究高效率大功率燃气灶的燃气灶已经成为家电厨卫领域的必然趋势。但是,传统... 详细信息

面对高速发展的国民经济以及日益严峻的环境问题,调整能源结构,促进经济转型成为当下经济发展的重点。大力发展天然气产业,促进燃气灶行业的调整与持续发展,研究高效率大功率燃气灶的燃气灶已经成为家电厨卫领域的必然趋势。但是,传统的完全上进风燃气灶存在着功率衰减、局部黄焰、引射性能不佳以及效率不高的问题,这些问题导致其应用受到了极大的限制。本文采用实验与理论分析相结合的方法,通过优化进气管道有效解决功率衰减的问题。利用CFD数值模拟技术,对引射管进行了优化设计,提高了引射性能。同时设计了黄焰实验台架,研究了完全上进风燃气灶的黄焰界限,并通过调整外环功率优化了燃烧性能。用先进的CFD数值模拟技术对这款完全上进风燃烧器进行冷态和热态的建模计算。通过冷态流场的速度云图、压力云图、组分云图研究了其流动性能、混合性能以及引射性能,并通过热态模型的温度云图以及热效率计算研究了其燃烧热工特性。根据模拟计算结果,确定了燃气灶高性能的结构参数范围。最后在火焰特性试验台架上研究了一次空气、外/内环负荷比以及锅支架高度对燃烧性能的影响。按照新国标(GB 16410-2015),通过试验台架优化了此款完全上进风燃气灶的结构尺寸。实验监测表明,本项目研发的完全上进风燃气灶的热效率为66%,功率为4.2Kw,各项技术指标处于业内领先水平。

关键词：完全上进风燃气灶火焰特性试验台架数值模拟功率衰减黄焰问题热效率

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节能型可调光电子镇流器的研究与实现

节能型可调光电子镇流器的研究与实现

作者：勾勇华华中科技大学

学位级别：硕士

进入20 世纪90 年代后期,出于对能源消耗和环境保护的重视,逐渐形成了“绿色照明”的新兴产业,节能省电的电子镇流器也就越来越受到人们的关注。可调光电子镇流器使节能的效果得到了显著的提高,成为了电子镇流器的主要研究方向之一。传... 详细信息

进入20 世纪90 年代后期,出于对能源消耗和环境保护的重视,逐渐形成了“绿色照明”的新兴产业,节能省电的电子镇流器也就越来越受到人们的关注。可调光电子镇流器使节能的效果得到了显著的提高,成为了电子镇流器的主要研究方向之一。传统的可调光镇流器存在结构复杂,调光范围窄,缺乏预热和保护功能等缺点。本文提出了一种基于IR21592 的移相控制的可调光镇流器,与传统的电子镇流器相比,本文的方案具有结构简单,运行可靠,节能效果明显等显著优点。本文首先介绍了荧光灯的发光机理与工作特性;然后介绍了电子镇流器的结构组成和基本原理;在各组成电路的分析中,先介绍了常用的几种EMI滤波器的电路形式和特点;然后介绍了电子镇流器中使用的各种逆变电路和谐振电路的拓扑形式和工作原理,并给出了相应的传递函数和响应曲线,比较了优缺点,确定了以CLASS-D逆变器和串并联谐振为基础的主电路结构;接着分析了常用调光方法的工作原理及其特点;在功率因数校正电路的分析中,先对电子镇流器中常用的PPFC电路及其优缺点做了介绍,然后重点分析了升压型APFC电路的三种拓扑的工作原理,以及本文的APFC电路形式,提出了基于MC34262和IR21592的可调光电子镇流器的设计方案。本文着重分析了调光电路的电路形式和主要元件参数的选取方法,最后还给出了全部的元件参数和实验结果。实验结果表明:本文介绍的各部分电路切实可行,设计合理,基本达到了预期的设计要求。镇流器的功率因数可达0.99以上,能够实现1%00%的宽范围调光。

关键词：谐振电路功率因数校正电子镇流器电子调光技术

CuOx/TiO2光催化剂的火焰合成与第一性原理研究

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CuOx/TiO2光催化剂的火焰合成与第一性原理研究

作者：杨帆华中科技大学

学位级别：硕士

自1972年光催化产氢现象被发现以来,半导体光催化技术被看做是应对能源危机与环境污染这两大全球性挑战的最重要手段之一。为推动光催化产业的规模化、工业化,有必要对光催化材料的制备、表征及其基本原理进行深入的研究与探索。基于火... 详细信息

自1972年光催化产氢现象被发现以来,半导体光催化技术被看做是应对能源危机与环境污染这两大全球性挑战的最重要手段之一。为推动光催化产业的规模化、工业化,有必要对光催化材料的制备、表征及其基本原理进行深入的研究与探索。基于火焰喷雾热解技术(FSP)在制备纳米催化剂方面具有快速、可控、高通量等优点,但两相甚至多相结构催化剂的火焰合成与调控仍是亟待解决的难题。本文首先采用FSP合成了具备高产氢活性的CuO/TiO纳米光催化材料,X射线衍射(XRD)结果表明样品中TiO以金红石与锐钛矿结构并存的形式存在,结合X射线光电子能谱(XPS)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等表征手段,发现火焰合成样品中铜元素以TiO晶格掺杂与TiO表面负载的形式同时存在,铜元素的晶格掺杂伴随着TiO中氧空位的形成,而铜元素的表面负载则主要以高分散的CuO、CuO纳米团簇的形式存在。光催化产氢实验结果显示,火焰合成的CuO/TiO催化剂催化产氢效率较商用P25 TiO高约22倍。为了理解CuO/TiO催化剂的构效关系,本文以金红石相TiO晶格为理论计算模型,研究了铜离子在TiO晶格中的取代掺杂对TiO光催化性质的影响,同时考虑了晶格中不同位点氧空位(V)的影响,发现Cu离子掺杂或V修饰金红石相TiO晶格均可以形成带隙能级,Cu离子的存在促进了TiO晶格中氧空位的形成。Cu和V的相对位置对TiO电子结构具有重要影响,相对距离较近时,易形成深电子捕获能级,不利于激发电子的迁移与反应,而相对距离较远时,易形成浅电子捕获能级,利于激发电子空穴的分离。本文进一步研究了CuO纳米团簇在TiO表面的负载修饰的尺寸效应,基于模拟退火-密度泛函理论(DFT)方法对不同尺寸(CuO)团簇(n=1)进行了建模,发现随团簇尺寸增大其稳定性提高,且原子、电子结构表现出接近体相CuO的趋势。负载TiO表面的团簇尺寸对体系的能带不连续性、电子空穴对分离效率、以及光吸收能力产生不同的影响。(CuO)团簇负载TiO(对应掺杂浓度为.7 mol%)具备较高结构稳定性、较好的电子空穴对分离效率以及光吸收能力,是较为理想的异质结光催化材料。

关键词：火焰喷雾热解光催化制氢密度泛函理论铜离子掺杂团簇负载

基于生物柴油的二聚酸聚酯多元醇酶法合成及其聚氨酯制备

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基于生物柴油的二聚酸聚酯多元醇酶法合成及其聚氨酯制备

作者：姚孝柱华中科技大学

学位级别：硕士

生物柴油作为一种新型、可再生的绿色能源，为广大研究者所关注，但目前生物柴油的生产成本高，单纯的生物柴油产品不能满足企业盈利的目的，严重限制了生物柴油产业的发展。为改善生物柴油产业经济效益低，产品结构单一的困境，本文在... 详细信息

生物柴油作为一种新型、可再生的绿色能源，为广大研究者所关注，但目前生物柴油的生产成本高，单纯的生物柴油产品不能满足企业盈利的目的，严重限制了生物柴油产业的发展。为改善生物柴油产业经济效益低，产品结构单一的困境，本文在实验室前期探索成果的基础上，结合生物柴油的结构特征，将生物柴油基二聚酸甲酯酶法合成二聚酸聚酯多元醇，并进一步合成高价值的聚氨酯，旨在考察开发二聚酸聚酯多元醇和聚氨酯的技术可行性和经济合理性。主要研究内容和结果摘要如下：（1）利用分子蒸馏技术分离纯化二聚酸甲酯。在实验室前期研究基础上，对二聚酸甲酯进行分离纯化，得到优化分离条件为：预热温度45°C，蒸发器温度110°C（一级蒸馏）和160°C（二级蒸馏），搅拌速度100r/min，真空度2.010-2mbar，进样速率2mL/min;二聚酸甲酯得率达48.8%，并对所得产品的结构进行了红外与核磁分析，确定二聚酸甲酯被成功的分离。（2）酶法合成二聚酸聚酯多元醇。考察了不同反应条件对二聚酸聚酯多元醇合成的影响，在单因素实验结果的基础上，采用响应面法对二聚酸聚酯多元醇的聚合反应条件进一步优化，获得最优反应条件为：加酶量2.9%，反应温度70°C，摩尔比EG/DAME2.2:1.0和反应时间9.7h;所得产物羟值为87.47mg KOH/g，酸值为0.56mgKOH/g，相对分子量为2,000g/mol，并对所得产品的结构进行了红外与核磁分析。（3）以二聚酸聚酯多元醇为原料合成聚氨酯。经TGA分析合成的聚氨酯聚合物表现出较好的热稳定性能。初始升温阶段聚氨酯聚合物中无挥发性成分逸出，随着温度的升高聚氨酯聚合物的热分解呈阶梯状分为两个阶段：第一阶段温度区间为240–370°C，第二阶段温度区间为370–480°C;当温度达到480°C时，聚氨酯聚合物完全分解，无残留。经DSC测试分析合成的聚氨酯聚合物表现出较好的低温性能。聚氨酯聚合物呈现出较低的玻璃化转变温度，Tg=-52°C，同时只出现了一个Tg峰，说明合成的聚氨酯聚合物混溶性能良好，适用于涂料类产品的生产应用。（4）以年产量5万吨生物柴油的企业为研究对象，对生物柴油到二聚酸聚酯多元醇再到聚氨酯聚合物的生产过程进行了经济评价分析。结果表明，基于生物柴油的深加工产品——聚氨酯，能够大大提高生物柴油企业的营业利润，说明制备以二聚酸聚酯多元醇为原料的聚氨酯具有经济上的合理性。

关键词：生物柴油二聚酸甲酯二聚酸聚酯多元醇聚氨酯经济分析

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MOCVD设备气体输运关键技术的研究

MOCVD设备气体输运关键技术的研究

作者：王卫星华中科技大学

学位级别：硕士

MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)是生长高质量半导体薄膜材料的技术,在LED、半导体激光器、太阳能电池等多个领域都有应用。现有MOCVD设备的成本非常高,且完全依赖进口,进行MOCVD设备研究对国内半导体产业、新能源领域... 详细信息

MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)是生长高质量半导体薄膜材料的技术,在LED、半导体激光器、太阳能电池等多个领域都有应用。现有MOCVD设备的成本非常高,且完全依赖进口,进行MOCVD设备研究对国内半导体产业、新能源领域以及国防高端技术的发展都很有必要。 MOCVD设备可以分为核心的腔体反应室、加热器、冷却系统、气体输运系统以及整体控制系统。本文重点研究了气体输运系统的设计,包括结构组成和部分控制难点,并对该系统今后的发展陈述了自己的观点。气体输运系统的作用是把包括载气和源气在内的所有气体输送至腔体参与反应,并把反应后的气体输送至排气管路进行尾气处理。气体输运包括源供给系统,Run/Vent主管路,源管路系统,吹扫气路系统,尾气处理系统及检漏管路。H2 (或N2)在源供给系统经纯化干燥后,一部分进入Run/Vent主管路作为稀释气体,一部分经源管路系统,作为载气将MO源携带出来,再流经Run/Vent主管路后进入腔体反应室,同时将反应室内多余的气体带入尾气处理系统。由于腔体内管路很复杂,而且避免MO源的壁面沉积,需要用H2 (或N2)对气体流经的关键管路持续吹扫。基于安全考虑,设备需要定期进行泄漏检查。气体输运系统中对压力温定和流量横定的控制很重要。压力稳定涉及三个相关方面:由位于排气管路的压力传感器(薄膜规)、蝶阀和压力控制器组成的对腔体反应室的闭环压力控制系统;通过安装在金属有机源输送管路下游的电子压力控制器(PC)实现对钢瓶内压力的稳定设置,保证了对金属有机源输送的精确控制;通过对Run/Vent主管路压力的闭环控制,保证了Run管路压力无扰动和并为腔体反应室提供了稳定的流场。基于自动补偿原理而设计的两路Make up管路,通过工艺生长过程中的动态切换,实现了金属有机源Run主管路上流量在经常性切换开关动作的情况下恒定不变。

关键词： MOCVD 气体输运系统压力稳定流量恒定

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基于电压源型变换器的新型励磁系统研制

基于电压源型变换器的新型励磁系统研制

作者：陈竹华中科技大学

学位级别：硕士

随着我国国力日益增长，对作为国家生产的能源砥柱的电力产业也越发重视。电力系统规模在逐渐扩张，运用快速励磁系统的大型同步发电机组的容量也在扩大，但是在这些膨胀的发展后面也给电力系统带来了安全隐患，阻尼减弱带来的功率振荡... 详细信息

随着我国国力日益增长，对作为国家生产的能源砥柱的电力产业也越发重视。电力系统规模在逐渐扩张，运用快速励磁系统的大型同步发电机组的容量也在扩大，但是在这些膨胀的发展后面也给电力系统带来了安全隐患，阻尼减弱带来的功率振荡就是最突出最严重的问题之一，而解决这一问题的最有效也是最经济的措施就是励磁控制。本文结合电力电子在电力系统中的技术运用，提出了基于全控器件整流的新型自并励励磁系统，在已有的理论基础上提出了基于电压源型变换器的新型励磁系统控制策略，设计并研制了新型励磁系统。通过动态模拟实验，该系统不仅能完成传统励磁系统的基本功能，也验证了其增强电力系统阻尼的能力。在两种全控器件励磁系统的拓扑中，本文选择基于电压源型变换器的励磁系统作为研究对象，介绍了其主回路的基本工作原理，详细分析了励磁系统的控制策略，配合动模实验室同步发电机组参数设计并搭建了励磁系统功率单元，设计并研制了励磁控制器硬件系统，在以DSP为控制核心的励磁控制系统上开发了软件系统，在单机无穷大系统下，对新型励磁系统进行了动态模拟实验。实验结果表明，新型励磁系统在实现传统励磁系统基本功能的同时，其无功注入具备改善电力系统阻尼的能力，能有效的抑制功率低频/超低频振荡，维持系统稳定。

关键词：全控器件励磁系统电压源型变换器低频振荡线性最优励磁控制

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光伏电池片生产车间智能物流调度问题研究

光伏电池片生产车间智能物流调度问题研究

作者：陈学磊华中科技大学

学位级别：硕士

由于传统能源固有的局限性,各国正大力扶持新能源产业的发展,如光伏产业。尤其自“十四五”以来,基于遏制高能耗的决心,工信部等部委多次对光伏产业发展透露出大力支持的信号。基于此,在市场竞争加剧及科学技术突破发展的前提下,如何有... 详细信息

由于传统能源固有的局限性,各国正大力扶持新能源产业的发展,如光伏产业。尤其自“十四五”以来,基于遏制高能耗的决心,工信部等部委多次对光伏产业发展透露出大力支持的信号。基于此,在市场竞争加剧及科学技术突破发展的前提下,如何有效抓住机遇,如何利用科学技术扩大企业产能对于提高企业市场竞争力至关重要。光伏电池片的生产作为光伏产业链的关键一环,因其复杂工艺受到管理人员的重点关注。早期低效率的车间人工物料配送模式早已不适应市场竞争的需要,正逐步向快速、便捷的智能配送模式改进。因此,为光伏电池片生产车间设计一种适用性强的车间智能物流调度方案,对光伏企业提高市场竞争力意义重大。为适应光伏电池片生产车间物流智能化的改造趋势,提高生产车间产能,本文研究了存在瓶颈工序的生产车间智能物流调度问题。首先,本文详细介绍了光伏电池片生产车间的生产系统与物流系统。同时,通过分析瓶颈工序对生产车间整体产能的影响,为最大化生产车间产能,本文提出一种“基于最大化瓶颈工序机台产能”的智能物流调度方案。然后,本文从物流配送任务分配、物流AGV选择与路径规划、物流AGV避撞策略设计三个方面对该方案进行阐述。为验证方案的合理性,本文又提出两种智能物流调度方案作为对照方案。最后,本文利用实验数据对三种方案的生产效益进行比较分析。分析结果不仅验证了本文提出的方案的生产能力优于对照方案,并且车间产出效率符合实际生产需求,具有较强的实用性,还给予管理人员关于智能AGV投入数量的相关建议。

关键词：光伏电池片生产智能物流调度瓶颈工序产能最大化

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低速电动汽车用永磁同步电机控制器研制

低速电动汽车用永磁同步电机控制器研制

作者：钟逸飞华中科技大学

学位级别：硕士

在能源危机和环境问题的背景下,低速电动汽车因其噪声小、价格低、节能环保而在三四线城市十分流行。研究低速电动汽车驱动系统控制策略有利于推动我国电动汽车产业化,通过低速电动汽车的技术提升,促进电动汽车行业的技术换代。同时,低... 详细信息

在能源危机和环境问题的背景下,低速电动汽车因其噪声小、价格低、节能环保而在三四线城市十分流行。研究低速电动汽车驱动系统控制策略有利于推动我国电动汽车产业化,通过低速电动汽车的技术提升,促进电动汽车行业的技术换代。同时,低速电动汽车具有快速启动、高效运行等需求,本文针对永磁同步电机的MTPA、弱磁控制等关键技术,搭建了一套低速电动汽车驱动控制系统进行研究。本文首先介绍低速电动车的行业现状以及国内外驱动电机和控制器的研究现状,根据低速电动汽车驱动系统低成本与高性能的需求,对比不同的驱动电机、位置检测器件和电力电子器件,确定选用3kW基于磁编码器的内置式永磁同步电机驱动系统方案。其次,本文阐述了所使用的矢量控制的基本原理,详细论述了其中坐标变换、永磁同步电机数学模型、永磁同步电机控制策略、空间脉宽调制技术的原理。本文基于已有的旧版软硬件系统进行改版,介绍了新版硬件电路模块的改进方案。软件设计方面完成了初始化、保护、滴答定时器中断等程序模块的编写,重点研究了基于磁编码器的位置检测算法、速度计算方法及Z信号位置校准的实现方法进行,并通过实验验证其有效性。提出了一种电动汽车防溜坡的控制方法。然后对实现内置式永磁同步电机最大转矩电流比的公式法和查表法进行了分析与对比。使用查表法最大限度地节省程序运行时间,充分发挥电机的转矩输出能力,提高电机运行效率从而提升低速电动汽车续航时间。研究了基于电压差值调节dq电流矢量的弱磁策略和曲线拟合的弱磁策略,使得电机获得更宽的调速范围。最后,对本驱动系统进行了一个整体上的综合性能测试,测试结果表明本文设计的电机驱动系统表现理想,符合目标要求。

关键词：低速电动汽车永磁同步电机磁编码器最大转矩电流比控制弱磁控制

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循环流化床锅炉飞灰残碳燃烧特性的实验研究

循环流化床锅炉飞灰残碳燃烧特性的实验研究

作者：罗海华华中科技大学

学位级别：硕士

循环流化床锅炉(CFB)具有对燃料适应性好、燃烧效率高、气体污染低等特点,近年来,循环流化床锅炉在我国得到了迅速发展,我国已经成为世界上CFB锅炉数量和总容量最大、发展速度最快的国家。然而我国绝大多数CFB锅炉燃用的是低反应活性的... 详细信息

循环流化床锅炉(CFB)具有对燃料适应性好、燃烧效率高、气体污染低等特点,近年来,循环流化床锅炉在我国得到了迅速发展,我国已经成为世界上CFB锅炉数量和总容量最大、发展速度最快的国家。然而我国绝大多数CFB锅炉燃用的是低反应活性的贫煤、无烟煤以及矸石等劣质燃料,锅炉的飞灰含碳量较高,使得燃烧效率降低。因此,发展创新技术降低飞灰含碳量,提高锅炉热效率,减少污染物排放,将对我国环境友好、高效能源产业的发展有着重要的现实意义。本文首先系统的阐述了国内外循环流化床锅炉发展状况,指出了当前我国循环流化床锅炉存在着飞灰含碳量高的问题,分析了问题产生的主要原因并归纳了当前采取的措施。探讨了当前采用措施的局限性,及研究降低循环流化床锅炉飞灰含碳量的新方法的必要性。采用浮选法从开封(440t/h)、巩义(440t/h)和分宜(410t/h)CFB锅炉飞灰中提碳,减少了测试中灰和矿物质对残碳燃烧反应性的影响和燃烧扩散阻力,通过浮选实验得到了高含碳量的飞灰残碳样品。接着采用STA409C型热重分析仪对所选用的三种飞灰残碳和其入炉煤进行燃烧特性研究,并分析了不同氧浓度、加热速率等运行条件对飞灰残碳燃烧特性的影响。实验发现飞灰残碳的着火温度比对应的入炉煤高,飞灰残碳的反应性不仅与入炉煤有关还与燃烧工况有关。富氧燃烧有利于降低残碳的着火温度,加快燃烧反应速度,得出了对残碳燃烧特性改善最佳的氧浓度为40%左右。提高加热速率,有利于残碳着火稳燃,改善残碳的燃烧特性,强化残碳的燃烧。最后,引入Coats-Redfern法对飞灰残碳的燃烧机理进行分析,并求取了不同实验条件下的燃烧动力学参数(反应活化能和频率因子),发现氧浓度和加热速率提高,活化能降低。该研究首次对CFB锅炉的高含碳飞灰的残碳燃烧特性进行了深入的研究,为开发新的飞灰处理技术并应用于工业实践奠定了理论基础和科学依据,对循环流化床锅炉的应用和发展有着积极的意义。

关键词：循环流化床飞灰残碳 TGA 燃烧特性

电动汽车高效无线充电系统设计及其控制策略研究

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电动汽车高效无线充电系统设计及其控制策略研究

作者：牛金涛华中科技大学

学位级别：硕士

随着无线电能传输技术的不断发展,其应用场合越来越广。由于其安全、便捷等优点,电动汽车无线充电技术得到了快速发展。为了推动无线电能传输技术在电动汽车领域的工程产业化,本文设计并制作了一台基于SiC器件的电动汽车无线充电机,该... 详细信息

随着无线电能传输技术的不断发展,其应用场合越来越广。由于其安全、便捷等优点,电动汽车无线充电技术得到了快速发展。为了推动无线电能传输技术在电动汽车领域的工程产业化,本文设计并制作了一台基于SiC器件的电动汽车无线充电机,该样机额定功率6.6kW,原副边线圈间距150mm情况下,样机能够保证输出电压在20000V范围内调节,且样机系统达到了车载充电机相关标准:车端直流输出电压纹波系数峰峰值为0.51%,电流纹波系数峰峰值为0.39%,且样机中WPT环节效率高达95.7%。为了保证无线充电机的普适性,本文对数十家电动汽车厂商产品进行调研,总结了其共同特性,最终确定无线充电机的技术指标。通过对耦合线圈数学模型建立,分析了影响耦合线圈能量传输效率的因素:副边等效阻抗和原副边线圈损耗电阻,为耦合线圈的设计提供了理论基础,通过实验验证了文中提出的耦合线圈设计的正确性及有效性。通过对系统中车端变换器采用的电路拓扑进行工作原理分析及小信号模型建立,为系统控制系统设计提供基础,设计相应的控制系统保证系统能够稳定工作在不同的工作状态下对输出功率进行调控,达到恒压恒流输出效果。并通过实验验证证明了系统设计的正确性和可靠性。最后,对WPT系统进行数学建模分析,通过数学迭代运算求解了启动过程中原边线圈电流的时域解,并与仿真结果进行对比验证了数学模型的正确性。通过对提出的移相限流策略进行仿真和实验验证,分析对比了所提移相限流策略在启动过程中的有效性,并得出了移相开环限流控制策略的简单有效性。

关键词：无线充电机电动汽车移相限流