电场耦合式无线电能传输系统元件电压优化策略研究

《电场耦合式无线电能传输系统元件电压优化策略研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、国内图书分类号：TM764.1密级：公开国际图书分类号：621.3西南交通大学研究生学位论文电场耦合式无线电能传输系统元件电压优化策略研究年级2015姓名陈阳琦申请学位级别工程硕士专业控制工程指导老师陈丽华副教授二零一八年五月四日ClassifiedIndex:TM764.1U.D.C:621.3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisVOLTAGEOPTIMIZATIONOFPASSIVERESONANTELEMENTSINELECTRICFIELDCOUPLEDPOW

2、ERTRANSMISSIONSYSTEMGrade:2015Candidate:ChenYangqiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlEngineeringSupervisor:AssociateProf.ChenLihuaMay.4,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可

3、以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密√，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：(1)提出了基于CLLC-L拓扑的电场耦合式无线电能传输系统，采用Y-△变换将CLLC-L拓扑结构等效成CLC-LCL谐振网络级联，从而分析得到了输出电压与负载无关的恒压特性及参数设计方法

4、。对应内容为论文第3章。(2)提出了基于CLLC-L拓扑的无源谐振元件电压优化策略，最大电压最小法的核心思想是限制CPT系统的无源谐振元件最大的电压，防止电压异常高的元件出现，解决了电场耦合式无线电能传输系统个别元件承受电压过高的问题。加权系数法通过有目的的分配元件电压以保护关键元件不受破坏，从而保障系统安全、稳定的运行。对应内容为论文第4章。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献

5、的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要无线电能传输技术是借助空间无形软介质（如磁场、电场、激光、微波等）实现将电能由能量发射端通过无直接电气连接的形式传递至能量拾取端，这种全新电能传输技术消除了传统接触式供电方式所带来的固有缺陷。基于电场耦合方式的电容能量传输（capacitivepowertransfer，CPT）采用高频交变电场传递能量，仅用轻薄廉价的铝板或铜板作为发射接收极，且在周围存在金属物体

6、时，泄露电场不会在其中引起涡流损耗，对位置偏移具有很好的鲁棒性。在动态供电、电动汽车充电等方面有特有的优势，逐渐引起了国内外各方研究团队对其展开研究。本文主要对CPT系统的电路拓扑及无源谐振元件电压优化进行研究，首先通过理论计算结合MAXWELL有限元仿真软件对水平式、垂直式、重叠式三种常用耦合机构的等效结构、等效互容、互容变化率、传输能力、辐射范围等方面进行了研究。然后在分析了CPT系统两种常用拓扑结构基础上，针对LC串联型拓扑存在传输功率小、传输距离近的缺陷以及双边LCLC型拓扑无源谐振元件较多的问题，提出一种结构较

7、为简单且具有恒压输出特性的CLLC-L拓扑，通过Y-△变换的方法简化拓扑使其等效为CLC-LCL谐振网络级联的形式。电场耦合式无线电能传输系统由于其耦合电容较小，工作频率偏高，在运行过程中无源谐振元件往往承受较大电压。特别是在系统最大功率点，较大的电压可能会击穿元件，导致系统失谐，甚至引起安全问题。针对这一问题，本文提出一种可优化系统无源谐振元件电压的方法。该方法基于CLLC-L拓扑结构，通过合理配置无源谐振元件参数，降低了谐振元件所承受的最大电压。基于所提理论，本文设计了传输距离为150mm，等效耦合电容仅为13pF的

8、电场耦合式无线电能传输系统，在其传输2.12-kW功率时，直流到直流效率达89%。最优参数下无源谐振元件实验电压与计算电压基本吻合，且最大实验电压小于对比组最大实验电压的实验结果表明，本文所提出的电压优化方法可有效限制无源谐振元件的最大电压，从而提高系统安全裕度。关键词：电场耦合；无线电能传输；无源谐振元件；电压优化