感应耦合电能传输系统优化设计.pdf

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1、第49卷第10期电力电子技术Vo1．49，No．102015年1O月PowerElectronicsOctober2015感应耦合电能传输系统优化设计赵维娜，杨喜军，唐厚君(上海交通大学，电气工程系，上海200240)摘要：与传统电能传输系统相比，感应耦合电能传输(ICPT)系统具有方便、安全等优点。但因松耦合变压器初次级电能传输关系无法用匝数比简单描述，受多个变量影响，导致ICPT系统设计过程复杂，通常需根据经验和电路原理反复修改，最终得到合适参数，该方法效率很低。此处对ICPT系统进行电路建模分析。并在此基础上提出系统的优化模型，将优化设计

2、转化成带有非线性约束条件的最优解问题，并基于lstOpt软件编程求解．实现指定目标和约束条件下的系统优化设计。该优化设计方法灵活度高，简单可行，可大大提高效率。关键词：感应耦合电能传输：电路模型；优化模型中图分类号：TM72文献标识码：A文章编号：1000一IOOX(2015)10—0042—03OptimalDesignofInductivelyCoupledPowerTransmissionSystemZHAOWei．na。YANGXiqun，TANGHou-jun(．srJngUniversity，Shanghai200240，China

3、)Abstract：Comparedwithconventionalpowertransmissionsystem，inductivelycoupledpowertransmission(ICPT)syst—emisconvenientandsafe．Butthepowerrelationshipoflooselycoupledtransformerwhichmaybeinfluencedbymanyvariablescannotbesimplydescribedwithprimaryandsecondaryturnsratio．Sothede

4、signprocessofICFrsystemiscomplexandcumbersome．TheICPTsystemismodeledandanalyzed．Onthebaseofabovestudies，anopti—mizationmodeloftheICPTsystemisproposedandthedesignprocessintooptimalsolutionistransferedwithnonlin-earconstraints，andlstOptisusedtosolve，SOthatthesystemparametersar

5、eoptimalunderspecificobjectivesandconstraints．Theoptimaldesignmethodissimpleandfeasible，andcangreatlyimproveeficiency．Keywords：inductivelycoupledpowertransmission；circuitmodel；optimizationmodel1引言2ICPT系统建模分析非接触式电能传输技术起源于2O世纪7O年ICPT系统通过具有较大漏感的松耦合变压代．当初是为心脏起搏器等内植式医疗电子装置器进行能量传递

6、，所以效率较低，为提高功率传输供电【l1。20世纪80年代ICPT这一概念【2】被提出。能力，通常采用谐振电路进行补偿，典型的ICPT数十年来，国内外研究人员在电路拓扑、控制策系统结构如图1所示。略、松耦合变压器结构等多方面对ICPT技术进行了大量研究[3_钔，取得一系列研究成果。在ICPT系统中，松耦合变压器初次级的电能图1ICPT系统结构传输关系无法用匝数比简单描述．而是受到多个Fig．1ICPTsystemstructure变量的影响。在进行ICPT系统设计时必须综合考许多文献对谐振补偿电路进行了深入研究。虑所有的变量．许多变量相互依赖。

7、所以设计过程此处以初级串联．次级串联补偿电路为例进行建很复杂。基于经验进行设计．往往需要反复修正多模分析，系统电路模型见图2。次才能得到合适的系统参数，效率很低。这里提出一种基于lstOpt软件的ICPT系统优化设计方法，选取若干独立优化变量．考虑到系统运行的稳定性、安全性和可行性列出若干约束条件，可实现指定目标下的系统优化设计。图2ICPT系统电路模型Fig．2ICPTsystemcircuitmodel定稿日期：2015—09—10作者简介：赵维娜(1992一)，女，安徽阜阳人，硕士研究生，其中为高频逆变电路的直流输入电压，U。研究方向为非

8、接触式电能传输技术。为初级等效的输入电压，J为初级电流，为次级42感应耦合电能传输系统优化设计电流，为输出电压，R。为初级线圈内阻，R：为次不是所有变