复合调制波PWM控制多频多负载磁耦合无线电能传输系统研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:colossus198201
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磁耦合无线电能传输(Magnetic Coupling Wireless Power Transfer,MC-WPT)技术是一种综合电力电子学、控制学、电磁学、材料学等多个学科,利用空间无形软介质,实现完全意义上柔性无线电能传输的新技术,满足能源绿色、高效利用的战略要求,受到了国际社会广泛关注和研究。MC-WPT技术具有结构简单、损耗低等优势,逐渐发展成为最成熟、应用最为广泛的无线电能传输技术。随着MC-WPT技术的不断发展、应用与普及,对其工作模式的研究和应用已由最初的单频单负载无线供电模式逐步拓展到多频多负载同步无线供电模式。目前,针对多频多负载MC-WPT系统的研究,常用的方法有多原边逆变器并行工作方式、多个谐振频点工作控制方式、分时段供电方式以及FPGA多频控制方式等。然而,现有的多频多负载无线供电方式存在系统装置结构复杂、无法有效实现多频多负载无线供电兼容、功率独立控制性能差等瓶颈问题。因此,针对目前研究存在的不足,本文提出一种复合调制波脉冲宽度调制(Hybrid Modulation Waves Pulse Width Modulation,HMW-PWM)控制多频多负载MC-WPT系统。首先,介绍了论文的研究背景、MC-WPT系统结构和原理、单频多负载以及多频多负载MC-WPT技术的研究现状,并对课题研究目的及意义进行了总结。接着,提出一种HMW-PWM控制多频多负载MC-WPT系统,介绍了系统的结构和工作原理。以HMW-PWM控制双频双负载无线电能传输系统为例,进行系统建模,将复杂的非线性系统近似等效为线性系统,分析系统的等效电路模型,并推导出系统能效表达式。再接着,对HMW-PWM控制器进行了设计,比较分析了三种PWM调制方式的特点,研究了基于单极性倍频调制方式的MC-WPT系统HMW-PWM调制方法;同时,为了减少不同工作频率的传输干扰,对系统进行参数设计,满足系统功率独立控制要求,给出了系统异频干扰抑制准则。然后,基于HMW-PWM控制双频双负载无线电能传输系统,为了直观地看出不同频率信号作用下的接收回路输出情况,对电路频率响应进行研究。为了提高系统能效,分析了系统的功率和效率特性,为系统参数的合理选择提供了依据。最后,搭建了系统仿真与实验平台,分别进行了系统功率独立控制验证、系统传输特性验证、频率变化下的功率传输验证以及系统偏移下的功率传输验证。仿真和实验结果表明:本文提出的HMW-PWM控制多频多负载MC-WPT系统可以实现频率、功率等级变化下多负载独立可控的无线供电。该论文有图47幅,表4个,参考文献100篇。
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