串并补偿磁耦合谐振式无线电能传输系统的分析与设计

《串并补偿磁耦合谐振式无线电能传输系统的分析与设计》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、硕士学位论文串并补偿磁耦合谐振式无线电能传输系统的分析与设计作者姓名杨旭学科专业控制理论与控制工程指导教师游林儒所在学院自动化科学与工程论文提交日期2018/06/25AnalysisandDesignoftheseries-parallelCompensationMagneticCoupledResonanceWirelessPowerTransferSystemADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YangXuSupervisor：Prof.YouLinRuSouthChinaUniversityofTechno

2、logyGuangzhou,China分类号：TP273学校代号：10561学号：201520112772华南理工大学硕士学位论文串并补偿磁耦合谐振式无线电能传输系统的分析和设计作者姓名：杨旭指导教师姓名、职称：游林儒、教授申请学位级别：学术型硕士学科专业名称：控制理论与控制工程研究方向：嵌入式系统、无线电能传输论文提交日期：2018年04月23日论文答辩日期：2018年6月4日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：高红霞委员：胡战虎、陈立定、游林儒、吴忻生摘要无线电能传输技术是电气工程领域的一项前沿技术,解决了传统电缆线供电方式的线路老化、尖端放电、

3、产生电火花等问题，非常适合在极端环境下的安全供电。相比于其他无线能量传输方案，磁耦合谐振式无线电能传输技术具有距离适中、穿透性强、效率高等优点。其中基于串并补偿方式的谐振式无线能量传输技术对负载变化不敏感，适合大功率电能传输，具有重要的研究价值和实用价值。文中利用耦合模理论对无线电能传输系统建立数学模型，分析了谐振线圈的自谐振与耦合谐振的能量转换过程，得出了最高效率传输的条件就是发射电路与接收电路谐振频率一致的结论。基于电路理论建立互感电路模型，从等效电路的角度研究了串并补偿磁耦合谐振电路的传输效率和输出功率与线圈耦合系数、工作频率和负载电阻之间的关系。通过分析系统最大输出容量与电

4、路参数之间的关系，发现提高电路谐振频率、增加电路的品质因数以及增加线圈的耦合系数可以增加系统的输出功率。对电路模型利用MATLAB仿真，研究了系统功率传输对电路元件参数的敏感性，发现补偿电容、耦合系数和负载电阻的偏移引起输出功率的下降，基于此研究了最大输出功率频率跟踪的方法用于对补偿电容参数和耦合系数偏移的补偿方法，阻抗匹配方法用于对最优负载参数的匹配。通过计算发射电路谐振频率推导了频率分裂的条件，从破坏频率分裂条件的角度提出了通过阻抗匹配或减小耦合系数方法抑制频率分裂，并且通过仿真验证这个方法。设计了一套串并补偿磁耦合谐振式无线电能传输系统，逆变器采用移相控制的方法，发射电路利用

5、反馈控制实现了频率跟踪，利用电路谐振的特点实现了逆变器的零电流关断。最后进行频率特性、距离特性和负载特性实验并与仿真值比较，并且对频率跟踪控制方法进行实验测试，实验结果验证了理论分析的正确性。关键字：串并补偿；无线电能传输；磁耦合谐振；参数敏感性分析；频率跟踪IAbstractWirelessPowerTransmission(WPT)technologyisanemergingfrontiertechnologyforElectricalengineering,theWireAging,PointDischargeandElectricSparkcouldbesolvedbyWP

6、Ttechnology,andit’sveryfittotransferpowerinharshenvironments.ComparedtootherWPTtechnologies,magneticresonanceWPTtechnologyhastheseadvantages:longtransmissiondistance,strongpenetration,highefficiencyandsmallradiation.ThemagneticresonanceWPTtechnologybasedonseries-parallelcompensationisinsensiti

7、vetoloadresistorchanginganditissuitableforhighpowertransmission,it’smeaningfultostudyonit.Inthisthesis,amathematicalmodelisestablishedfortheWPTsystembyusingthecoupled-modetheory,andtheenergyconversionprocessbetweenself-resonancecoilsand