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随着现代工业的飞速发展,人们对大气污染问题的关注度越来越高。社会中对降低燃油汽车尾气排放的呼声越来越高,电动汽车因其零排放、环保节能的优点而逐渐走入人们的生活。无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术使电动汽车拥有了更加方便、安全、快捷的充电方式,使电动汽车的充电方式更加智能化、自动化。因此无线充电技术对于电动汽车的发展也越来越重要。
本文以Buck-WPT系统为研究对象。Buck-WPT系统是指在WPT系统的前级电路中加入Buck电路以进行调功的无线充电系统,是无线充电系统常用的拓扑结构之一。因其具有阶数高、非线性等特点,导致系统的控制难度相对较大。又因为系统经常工作在多种负载状态下,导致其带载性能受到威胁。本文针对系统启动和切换负载过程中的电流电压过冲、启动时间较长、SS型谐振网络的Buck-WPT系统空载时原边谐振电流过大等问题,提出基于可控电感的控制技术以优化系统的动态过程及带载性能。
首先,针对可控电感的工作原理,介绍了可控电感的磁化过程及其等效电路,并根据等效电路对其工作点进行了分析,运用有限元软件Comsol仿真验证了方案的可行性,并给出电感参数设计选取方法。
其次,以Buck变换器为研究对象,先讨论了参数选取的方法,并初步分析了系统运动轨迹方程,论述了利用可控电感优化开通轨迹的方法,通过动态调节电感值使Buck变换器无超调的进入稳态。针对负载切换问题,提出使用PI算法控制可控电感的感值,加快了系统的动态响应,降低了系统输出电压的抖动,并仿真验证了方案的正确性。
然后,在Buck变换器的基础上,将WPT系统作为其特殊负载,推导了Buck-WPT系统状态空间方程,并研究了其三维空间内相轨迹的降维描述方法,通过分析启动阶段相轨迹运行规律,提出运用可控电感控制系统的开通阶段运动轨迹,使得系统可以在一次开通情况下无超调快速进入稳态,针对负载切换问题,运用PI算法控制Buck变换器输出电流恒流,从而保证了副边输出电压不变,提高了系统的稳定性,并仿真验证了方案的正确性。
接着,对于SS型谐振网络的Buck-WPT系统中出现的空载时大电流问题,提出将可控电感串入原边谐振网络,通过动态调节可控电感的电感值以调节原边阻抗,使得空载时维持原边谐振电流处于安全值以下,提高了系统的带载性能,并仿真验证了方案的正确性。
最后为了验证本文对动态过程及带载性能优化方案的可行性和有效性,使用Matlab软件进行了仿真,并对仿真结果进行了对比分析。
本文以Buck-WPT系统为研究对象。Buck-WPT系统是指在WPT系统的前级电路中加入Buck电路以进行调功的无线充电系统,是无线充电系统常用的拓扑结构之一。因其具有阶数高、非线性等特点,导致系统的控制难度相对较大。又因为系统经常工作在多种负载状态下,导致其带载性能受到威胁。本文针对系统启动和切换负载过程中的电流电压过冲、启动时间较长、SS型谐振网络的Buck-WPT系统空载时原边谐振电流过大等问题,提出基于可控电感的控制技术以优化系统的动态过程及带载性能。
首先,针对可控电感的工作原理,介绍了可控电感的磁化过程及其等效电路,并根据等效电路对其工作点进行了分析,运用有限元软件Comsol仿真验证了方案的可行性,并给出电感参数设计选取方法。
其次,以Buck变换器为研究对象,先讨论了参数选取的方法,并初步分析了系统运动轨迹方程,论述了利用可控电感优化开通轨迹的方法,通过动态调节电感值使Buck变换器无超调的进入稳态。针对负载切换问题,提出使用PI算法控制可控电感的感值,加快了系统的动态响应,降低了系统输出电压的抖动,并仿真验证了方案的正确性。
然后,在Buck变换器的基础上,将WPT系统作为其特殊负载,推导了Buck-WPT系统状态空间方程,并研究了其三维空间内相轨迹的降维描述方法,通过分析启动阶段相轨迹运行规律,提出运用可控电感控制系统的开通阶段运动轨迹,使得系统可以在一次开通情况下无超调快速进入稳态,针对负载切换问题,运用PI算法控制Buck变换器输出电流恒流,从而保证了副边输出电压不变,提高了系统的稳定性,并仿真验证了方案的正确性。
接着,对于SS型谐振网络的Buck-WPT系统中出现的空载时大电流问题,提出将可控电感串入原边谐振网络,通过动态调节可控电感的电感值以调节原边阻抗,使得空载时维持原边谐振电流处于安全值以下,提高了系统的带载性能,并仿真验证了方案的正确性。
最后为了验证本文对动态过程及带载性能优化方案的可行性和有效性,使用Matlab软件进行了仿真,并对仿真结果进行了对比分析。