多线圈阵列式无线电能传输系统纹波抑制研究

来源 :重庆理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiangyang0121
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本文主要解决无线电能传输系统中供电侧电源使用寿命和传输效率等问题。针对传统单管逆变并联谐振无线电能传输发射端电路输入电流突变问题,提出一种变拓扑单管并联谐振无线电能传输发射端电路。首先通过对比分析四种逆变电路,选择单管逆变电路。对四种补偿方式进行建模分析,发现并联-并联谐振电路的补偿电容容易受互感和负载的影响。该电路常用在充电距离固定且负载稳定的场景,比如便携式设备供电、人体植入电子设备供电等。然后对两种拓扑进行分析,系统发射端和接收端处谐振电感是以200 k Hz频率的基波进行电能传输。传统拓扑在电路谐振时输入电流突变为零,导致发射端电路谐波占比较大。大量谐波对开关管造成额外损耗,增加系统无功功率从而降低传输效率。从理论出发分析等效电路模型,得出输入电流公式。利用MATLAB/Simulink搭建仿真模型且在开关频率为200 k Hz处进行输入电流快速傅里叶变换。传统拓扑输入电流在200 k Hz处谐波含量是101.31%,变拓扑发射端电路在200 k Hz处谐波含量是18.83%。结合上述分析变拓扑电路通过改善输入电流,减少电路中谐波含量达到提高系统效率目的。接着对输入电流纹波进行分析。在单管逆变电路中,输入电流不可避免地出现纹波,大小与输出功率成正相关。电流纹波减少供电侧电源寿命,影响系统稳定。针对此问题,采用交错并联方式抑制输入电流纹波。利用MATLAB/Simulink搭建两路180°并联移相和三路120°并联移相无线电能传输逆变系统。在静态模式和带载模式下发现传统拓扑对输入电流纹波抑制效果甚微,变拓扑逆变系统在移相后抑制效果明显。最后进行硬件设计。搭建两路180°移相并联谐振无线电能传输实验平台和三路120°移相并联谐振无线电能传输逆变系统实验平台,验证理论分析和仿真分析的正确性。测得输入电压为12 V,输出功率为27 W条件下系统整体传输效率可达到80%左右。
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