【摘 要】
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随着无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术的发展,多负载无线电能传输成为近年来的研究热点之一。然而,现有多负载WPT系统的输出稳定性易受耦合系数影响,当耦合系数发生变化时,难以保持恒定功率和恒定效率输出,造成系统抗偏移能力弱、空间自由度低。此外,如何根据实际需要实现不同负载之间的功率分配也是多负载WPT系统面临的主要挑战。因此,为了解决上述问题,本文基于宇称时间
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(批准号:51677074,51437005)
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随着无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术的发展,多负载无线电能传输成为近年来的研究热点之一。然而,现有多负载WPT系统的输出稳定性易受耦合系数影响,当耦合系数发生变化时,难以保持恒定功率和恒定效率输出,造成系统抗偏移能力弱、空间自由度低。此外,如何根据实际需要实现不同负载之间的功率分配也是多负载WPT系统面临的主要挑战。因此,为了解决上述问题,本文基于宇称时间对称(Parity Time Symmetry,PT对称)理论,提出了具有恒输出特性的新型多负载无线电能传输系统,实现了变耦合系数条件下恒功率恒效率输出,并提出相应的功率分配控制策略。本文主要研究内容包括:首先,对基于PT对称理论的WPT系统(简称“PT-WPT系统”)进行电路建模,详细分析了单负载PT-WPT系统的传输特性,为多负载PT-WPT系统的分析奠定理论基础。其次,提出了一种单频多负载PT-WPT系统,在建立系统模型的基础上依次分析了系统的频率特性、电流和电压增益、输出功率和传输效率,进而推导出不同负载之间的功率分配关系,由此提出一种由耦合系数控制的功率分配控制方法,使每个负载具有恒功率输出特性。接着,为了克服单频多负载PT-WPT系统功率分配受耦合系数控制的不足,提出了一种多频多负载PT-WPT系统。通过动态调节发射装置的串联谐振电容,使系统在不同时刻具有不同的固有谐振频率。进而提出一种由开关占空比α控制的功率分配控制方法,使负载间的功率分配关系与耦合系数无关,且保持每个负载恒输出特性等优点。最后,详细说明了多负载WPT系统核心部分的设计,并制作了原理样机,分别进行单频多负载PT-WPT系统实验和多频多负载PT-WPT系统实验,验证了本文理论分析的正确性以及控制方法的可行性。
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