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无接触电能传输中最大功率点的控制的研究

作　者: 李正中
导　师: 段其昌
学　校: 重庆大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无接触电能传输松耦合变压器初、次级补偿串联谐振逆变器
分类号: TM724
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 454次
引　用: 4次
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内容摘要

无接触电能传输系统综合运用电磁感应耦合技术、高频变换技术以及电力电子等高新技术,安全、可靠、高效、灵活地实现了电能的无接触传输,克服了传统的电能传输中的诸多不足,开创了能量传输的新方法。本文首先介绍了以ICPT技术为基础的非接触式电源的原理、基本结构与发展现状,对非接触式电能传输系统的关键部件松耦合变压器的实现结构进行了分析,在常规变压器的数学模型的基础上推导出松耦合变压器的数学模型,导出其关键参数的计算方法。对松耦合变压器的磁路进行分析,针对其磁路磁阻大、耦合率偏低的特点,为了获得最大的电能传输效率,我们对松耦合变压器的原、副边相对位置不同时进行了ANSYS数学仿真,找出了变压器结构与电能传输效率的关系,为松耦合变压器的研制提供了理论指导。采用基波模式分析与互感模型分析相结合的方法,建立了新型无接触供电系统模型,分析了变频控制下系统的稳定性,给出各种初、次级补偿拓扑下的稳定边界条件。通过理论分析和仿真相结合,研究了各种次级补偿方法的适用性以及各种初级谐振补偿方法对初级供电的影响,得出了不同情况下最为有效的初、次级补偿方法。为了减小系统的损耗,提高电能传输效率,文中采用了全桥谐振式逆变器,在合理设计电路参数的情况下,该电路能实现零电压、零电流软开关,降低了对功率器件的电流与电压冲击,有效地减小了电路损耗,提高了系统效率,在MATLAB中对其工作性能进行的仿真验证了该种控制方法能有效地提高系统的电能传输效率。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 无接触电能传输技术的发展与现状  10-11
  1.3 无接触电能传输技术的关键技术问题  11-13
    1.3.1 无接触电能传输系统的原理  11-12
    1.3.2 谐振逆变技术与软开关技术  12-13
  1.4 本文研究的目的和内容  13-15
2 无接触电能传输技术的工作原理及其基本结构  15-21
  2.1 无接触电能传输技术的原理  15-16
    2.1.1 无接触电能传输的提出与发展  15
    2.1.2 无接触电能传输技术的工作原理  15-16
  2.2 无接触电能传输技术的基本结构  16-20
    2.2.1 整流电路部分  17-18
    2.2.2 高频逆变电路及松耦合变压器  18
    2.2.3 松耦合变压器的物理实现  18-19
    2.2.4 负载侧电能参数调节及负载控制  19-20
  2.3 本章小结  20-21
3 无接触电能传输系统的性能分析  21-47
  3.1 系统分析及建模  21-27
    3.1.1 变换器  21-24
    3.1.2 无接触变压器  24-27
  3.2 耦合性能  27-31
    3.2.1 电压增益(V_(RL)/U_p)  27
    3.2.2 输出功率P_2  27-28
    3.2.3 传输效率η  28-29
    3.2.4 视在功率S_p  29-31
  3.3 初、次级补偿技术  31-43
    3.3.1 初、次级补偿方法  31-38
    3.3.2 输出功率与传输效率的变化率  38-39
    3.3.3 次级串、并联补偿的研究  39-41
    3.3.4 初级补偿对电源供电影响的分析  41-43
  3.4 变频控制下系统的稳定性分析  43-45
  3.5 本章小结  45-47
4 松耦合变压器的原理及其设计分析  47-63
  4.1 松耦合变压器概述  47
  4.2 松耦合变压器的分类与结构  47-49
    4.2.1 静止型松耦合变压器的类型与结构  47-48
    4.2.2 滑动式松耦合变压器的结构特点  48-49
  4.3 松耦合变压器数学模型  49-51
  4.4 松耦合变压器的磁路分析  51-52
    4.4.1 常规变压器的电磁关系  51-52
    4.4.2 松耦合变压器的磁路分析  52
  4.5 松耦合变压器的磁芯选型及参数设计  52-55
    4.5.1 松耦合变压器的磁芯选型  53-54
    4.5.2 松耦合变压器的磁芯参数设计  54
    4.5.3 变压器的损耗  54-55
  4.6 松耦合变压器的绕组设计及其参数计算  55-57
    4.6.1 松耦合变压器的绕组设计  55-56
    4.6.2 松耦合变压器的漏感计算  56-57
  4.7 松耦合变压器的计算机仿真分析  57-62
    4.7.1 副边线圈的绕制部位对电能传输的影响  57-58
    4.7.2 原边与E 型铁芯的相对位置与传输效率仿真分析  58-61
    4.7.3 E 型与I 型铁芯距离不同时的计算机仿真分析  61-62
  4.8 本章小结  62-63
5 高频逆变电路的拓扑结构及原理仿真分析  63-87
  5.1 概述  63-65
    5.1.1 脉宽调制(PWM)硬开关技术  63-64
    5.1.2 频率调制谐振技术  64
    5.1.3 脉宽调制软开关技术  64-65
  5.2 高频逆变电路拓扑结构的选择  65-72
    5.2.1 电压型串联谐振逆变电路  65-69
    5.2.2 电流型并联谐振逆变电路  69-71
    5.2.3 拓扑结构的选择  71-72
  5.3 电压型串联谐振逆变器  72-81
    5.3.1 工作原理及电路分析  72-77
    5.3.2 工作频率的选择  77-81
  5.4 逆变器仿真结果与分析  81-87
    5.4.1 等效负载Z 为阻性时(开关频率等于负载的谐振频率)  81-84
    5.4.2 等效负载Z 为感性时(开关频率大于负载的谐振频率)  84-87
6 结论  87-88
致谢  88-89
参考文献  89-93
附录  93

无接触电能传输中最大功率点的控制的研究

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