论文部分内容阅读
电能的无线传输从被提出开始一直备受关注,国内外许多学者对其做了各方面各领域的研究。其中,磁耦合谐振式无线电能传输技术具有传输距离远、对传输介质依赖小、对传输的方向和角度要求低等优点,成为主要研究方向。目前,磁耦合谐振式传输技术(Magnetically Coupled Resonant Wireless Power Transmission,MCR-WPT)的研究主要集中于传统“一对一”线圈传输模式,但在一些特殊情况下,为满足时效性的需求,可能存在多个接收端的应用场合。论文选取两个接收负载的情况进行分析。通过建模分析可知,当接收负载阻值或者线圈距离发生改变时,系统的输出电压也会随之变动,这就使得系统的稳定性能变差,影响供电质量,所以需要设计可靠的控制策略为用电设备提供可靠的电能。论文通过对比场、耦合模和电路理论的优缺点选择谐振电路理论分析单负载式和双负载式MCR-WPT系统传输原理,分别讨论耦合系数、负载电阻对传输效率、输出功率和电压传输比的影响,并得出系统传输性能随参数改变的传输规律,其中对系统失谐问题作了简要分析。又进一步讨论得出了单负载和双负载式MCR-WPT系统的最佳传输状态。并通过MATLAB对MCR-WPT系统单个和两个接收线圈的情况进行仿真,验证了理论分析的正确性。为了实现系统的稳定输出,提出了一种基于DC-DC的Boost变换电路的双负载式MCR-WPT系统,通过运用积分分离PID控制,实时控制调节开关变换器占空比维持接收端负载电压恒定。然后在MATLAB/SIMULINK中搭建等效电路模型,确定系统主电路各元件的参数,分析了负载切换和耦合系数变动时负载端电压的变化,并通过仿真对控制策略进行了验证,很好地解决了因参数变化所带来的输出端电压不稳定的问题。在对双负载式磁耦合谐振式WPT系统的整体设计中,主要对电压电流采样电路、IGBT驱动电路、整流逆变电路等进行了简要的硬件介绍,对各部分电路器件进行了选型和设计。也给出了基于DSP的双负载MCR-WPT系统稳压控制的硬件设计。进一步对谐振线圈进行选择,对线圈自感、互感和寄生电阻等参数做了详细的计算说明。在实验验证时,先使用ANSYS Maxwell仿真软件双负载MCR-WPT系统的三维立体线圈模型进行了仿真分析,再通过实验平台对同轴同侧,同轴异侧等情况进行了实验,两者结果相结合分析。