电磁共振无线电能传输系统功率控制研究

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1、分类号密级硕士学位论文题目：电磁共振无线电能传输系统功率控制研究英文并列题目：ResearchonPowerControlofWirelessPowerTransferSystemwithElectromagneticResonance研究生：蔡涛专业：电气工程研究方向：电力电子与电力传动导师：沈锦飞教授指导小组成员：学位授予日期：2015年6月答辩委员会主席：惠晶江南大学地址：无锡市蠡湖大道1800号二○一五年六月本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过

2、的研究成果，也不包含本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：%^日期：如f年（月'[日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定.•江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被査阅和借阅，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、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。曰期：年t月*1曰摘要摘要

3、目前磁共振无线电能传输（WirelessPowerTransfer--WPT）系统的功率控制存在操作复杂、稳定性低、功率损耗大等缺点。采取软斩波的方法进行系统的功率控制，可以实现系统低损耗、高频率、大范围的功率调节。针对磁共振WPT传统两线圈结构传输功率、效率低和传输距离短等不足，在此基础上加入中继线圈。并针对带中继线圈的磁共振WPT系统特有的中继结构，研究了调整中继线圈位置来进行功率控制的方法，此方法简单易行，特别是在小范围内的功率调节中，直接改变中继线圈的位置，不需要任何的额外操作，降低了系统功率控制的难度。论文针对带中继线圈的磁共振WPT系统功率传输特性问题，运

4、用耦合模（CoupledModeTheory--CMT）理论，推导出了其效率表达式，并通过仿真指出了影响其效率的关键性参数。并针对偏置线圈磁共振WPT系统功率控制中的频率分裂问题，提出了运用电容匹配的方法来解决这一问题。目前对带中继线圈的磁共振WPT系统的功率控制及其传输特性研究都比较单一和浅显，因此对这方面的研究具有很好的实用价值和创新意义。在主电路的设计中，详细分析了中继线圈实现功率控制的工作原理，阐述了软斩波器的软开关实现过程。并以输出功率20kW、工作频率50kHz、电源功率因数为0.9等参数为技术指标，设计和计算了系统主电路的参数和选型。在控制电路设计中，对

5、带中继线圈的磁共振WPT的数字控制系统进行研究，控制电路核心选择了TI公司的TMS320F2812DSP，并设计了外围辅助电路。在系统功率控制中采用功率闭环设计，增量式PID调节器控制。并在系统中设置了数字锁相环的控制策略，使逆变器的频率与负载固有谐振频率保持一致。通过Pspice仿真软件对带中继线圈的磁共振WPT系统进行了仿真，给出了仿真波形。最后搭建20kW/50kHz的系统实验样机，进行了部分实验并给出波形，结果表明带中继线圈的磁共振WPT系统能够大大增加系统传输功率和效率，理论值和实际值保持一致。并验证所提出的电容匹配方法的正确性，同时也表明了中继线圈的位置对

6、系统功率的影响，软斩波功率控制环节实现了软开关，串联谐振型逆变器实现频率跟踪，有效的减小了系统损耗，提高了整机效率。关键词：无线电能传输；磁共振；中继线圈；功率控制；DSPIAbstractAbstractAtpresent,thepowercontrolofmagneticresonancewirelesspowertransfer(WPT)systemhasthedisadvantagesofcomplexoperation,lowstability,largepowerlossandsoon.However,themethodofsoftchoppercanbe

7、usedtomakeabettersystemoflowloss,highfrequency,widerangeadjustment.TosolvetheproblemsoftraditionaltwocoilsstructureinthemagneticresonanceWPTsystemsuchaslowefficiency,shorttransmissiondistanceandsomeotherdisadvantages,therelaycoilcanbejoinedintothesystem.Thelocationofrelaycoilha