三相磁谐振式无线电能传输系统优化研究

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1、中图分类号:TM724论文编号:102870318-SX093学科分类号:080804硕士学位论文三相磁谐振式无线电能传输系统优化研究研究生姓名付谢伟学科、专业电气工程研究方向电力电子与电力传动指导教师刘福鑫副教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringOptimizationonaThree-PhaseMagneticallyCoupledResonantWireless

2、PowerTransferSystemAThesisinElectricalEngineeringbyFuXieweiAdvisedbyAssociatedProfessorLiuFuxinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本文所涉及的研究工作

3、做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅，可以将学位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、缩印或扫描等复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要近年来，无线电能传输(WirelessPowerTransfer,WPT)，因其非接触的传输特点，能够显著提高设备的安全性和便捷性，而受到人们越来越多的关注。其中，磁耦合谐振式(magneticallycoupledresonant,MCR)WPT在较远距

4、离仍可保持较高的传输效率，在中等传输距离的应用领域中具有广阔的前景。传统单相MCRWPT系统，在线圈变空间位置情况下传输功率和效率波动明显，而采用多相结构则可有效降低线圈空间位置对传输功率的限制，在高传输功率和空间位置变化的应用场合优势明显。本文针对一种三相圆柱形MCRWPT系统展开研究，建立了等效电路模型，并推导出三相输入电流和系统输出功率的表达式；建立了系统线圈互感模型，将互感归算为仅与线圈匝数和接收线圈旋转偏移角有关的函数。基于对等效电路模型的分析，得到系统三相驱动逆变器开关管零电压开关(zero-voltage-switching,ZVS)状态与等效输入

5、电压移相角、线圈匝数以及接收线圈旋转偏移角之间的关系。通过优化设计线圈匝数和移相角控制策略，保证系统开关管在接收线圈全偏移角度范围内实现ZVS。为了实现最优输出功率特性，即系统能够在接收线圈全偏移角度范围内实现功率输出且输出功率大，输出功率波动小，本文将系统三相等效电路模型简化为单相等效电路模型。通过优化设计线圈匝数和移相角控制策略，保证了系统在接收线圈全偏移角度范围内实现最优输出功率特性。此外，还研究了系统的负载特性，为进一步优化系统性能作理论基础。最后，在实验室搭建了原理样机以验证理论分析正确性，实验证明通过对线圈匝数和移相角控制策略进行合理的优化设计，能够

6、使系统实现ZVS，并改善系统输出功率特性。关键词：磁耦合谐振式,无线电能传输,参数优化,移相角控制,零电压开关,输出功率特性I三相磁谐振式无线电能传输系统优化研究ABSTRACTRecently,extensiveattentionhasbeenpaidtowirelesspowertransfer(WPT),duetoitssuperiorityonconvenienceofbeingcordless,safetyduringpowercharging.Magneticallycoupledresonant(MCR)WPTtechnologyhasbecome

7、oneofthemostpromisingtechnologies,asitcanstillkeephightransmissionefficiencyinthemid-rangedistance.Comparingwiththesingle-phaseMCRWPTsystemthatthetransmissionpowerandefficiencyfluctuatesharplywithvaryingspatiallocationsofthecoils,themulti-phasesystemcaneffectivelyreducethesensitivity

8、ofsystemtosp