无线电能传输系统功率因数校正调制方法研究

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无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术近年来在便携电子、移动设备、机器人、电动汽车等的无线充电上得到广泛应用,是电力电子技术的一个重要发展方向。其中,如何简化WPT系统的拓扑结构,提高其效率,是具有工程应用价值的研究课题。本文在总结现有功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)技术的基础上,对基于WPT系统的PFC调制技术开展研究。首先,论述了论文研究课题的背景和意义,介绍了WPT技术与PFC技术的研究现状,综述了WPT系统PFC方案的分类和具体方法。然后,基于串联-串联谐振WPT系统,研究移除输入端PFC变换器后只通过原边逆变器的桥臂移相或脉冲密度调制实现PFC功能。对实现PFC调制的一般条件进行了理论推导,提出了通过原边逆变器移相控制和脉冲密度调制实现PFC的方法,并推导了所需的移相角和脉冲密度的表达式及其随系统功率变化的关系。设计了3k W耦合线圈,通过电路仿真验证了PFC移相调制和脉冲密度调制的方法,对脉冲密度调制进行了最大输出功率和调节输出功率的仿真,并验证了PFC调制系统实现闭环控制的可行性。其次,搭建了3k W的实验平台,对桥臂移相实现PFC功能进行了实验验证。进行了最大输出功率实验、输出功率调节实验和系统启动、动态负载切换的闭环实验,验证了调制方法的可行性,其在额定功率点达到了0.999的功率因数和91.6%的能量传输效率。最后,基于不带PFC变换器的串联-串联谐振WPT拓扑,提出了脉冲频率PFC调制方案。通过功率可视化的方法,在逆变器输出功率等于电网输入功率的条件下,求解所需的工作频率。进行了仿真和实验,验证了PFC功能和逆变器开关器件的零电压开通特性。同时对桥臂移相和脉冲频率调制的实验结果进行了对比,分析了其优缺点。进一步与其他文献的实验结果进行比较,体现了桥臂移相PFC调制在功率因数和效率的优势。
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