应用于物流小车的感应式电能传输变换器研究与设计

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感应式电能传输(Inductive Power Transfer,IPT)作为电能传输的一项技术,由于其一系列的优点得到了广泛的研究,并在实际生活中应用到越来越多的方面。本文研究了IPT电力电子变换技术,旨在提高变换器的效率及功率密度,增加电能补给时效。以物流车为应用对象,研究并设计了2k W的车载变换器,完成了变换器拓扑选择和分析,建立了等效模型并基于模型选定了变换器的控制策略,基于选择的拓扑及控制策略,设计了变换器装置。最后搭建了仿真模型及实验平台对设计进行了验证。针对车载动力电池存在功率密度低、成本高、充电时间长等的一系列问题,分析得出了IPT技术在解决车载电池储能问题上存在巨大的市场和广阔的前景。介绍了IPT技术的发展和研究现状,对IPT变换器的拓扑以及控制方式给出了详细的调研及分析。根据物流车的具体应用场景,给出了物流车的充电需求分析,并基于需求分析设计了变换器的总体设计指标。根据变换器的设计指标,对比分析后选用PFC级联DC/DC两级式变换器作为总体设计方案。根据总体设计方案,分别对PFC以及DC/DC变换器进行了拓扑选择和模态分析,并基于选定的拓扑建立等效模型,分析了控制策略,给出了电路的完整设计方案以及数字控制程序流程图。基于仿真和实验验证了所设计变换器的合理性。针对后级DC/DC变换器在输出功率的控制上存在多种控制变量,采用基波近似法建立了其等效电路,得到了传输参数的数学模型。基于本设计的实际电路参数,在MATLAB中对模型进行了计算和绘制。根据结果,分析了开关频率以及移相角度两个控制变量对传输参数的影响。通过对比,选取移相角度作为本设计的控制变量,建立了移相控制策略,仿真和实验验证了控制策略的可行性。由于逆变电路软开关的实现条件受多种因素的影响,依据DC/DC变换器的等效模型,推导得出了实现零电压开通的条件。通过在MATLAB中绘制三维图,分析了死区时间、一次侧谐振电容以及MOS管结电容对软开关实现的影响。依据得出的结论,选取了一次侧谐振电容和MOS管,计算出合理死区范围,并通过仿真和实验进行了验证。本文共包含图74幅,表14个,参考文献70篇。
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