磁耦合谐振移动式无线供电端变换器的研究

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移动式无线供电系统可以实现电能输送端与受电端具有相对运动和无实际物理连接情况下为受电端持续供电的能力,可以很好地解决固定式无线充电中存在电池储能少、充电空档期长、设备体积大和后期维护频繁等问题。但移动式无线供电方案也存在不足,由于收发两端存在相对运动并且负载投切频繁,系统中关键参数如耦合系数及负载易产生明显的波动,极易导致原边电流波动使供电端无法提供稳定磁场能量,进而导致系统输出功率失稳、效率过低,无法满足用电设备正常工作的要求。因此本文对移动式无线供电端变换器进行研究以解决上述问题,为受电侧提供稳定能量,有效降低受电端能量控制系统的设计难度,提高系统稳定性和高效性。本文在深入了解移动式无线供电系统的基础上,主要研究了补偿网络结构的选择、原边电流恒流控制方法和耦合机构设计三大关键问题。本文比较分析了传统式补偿结构和双LCL补偿结构的传输特性及易变参量变化下对供电端原边电流及系统效率的影响,确定了双LCL结构在移动式无线供电系统中更具优势,并设计了实现原边恒流、系统恒频及功率因数为1的双LCL补偿参数配置方法;本文根据分析影响双LCL发射线圈电流恒定的因素和得出的DC-DC环节触发脉冲角α与原边电流之间关系,研究了采用基于模糊参数自整定PI控制的DC-DC恒流控制器来实现发射线圈电流恒定,并在Matlab中搭建仿真平台,验证了DC-DC恒流控制器的可行性;研究了接收侧为E型发射侧为长直导轨型耦合机构下发射线圈的设计,并建立发射线圈的3D模型,进行电磁仿真分析得出了发射线圈的设计规律。最后,本文搭建了实验平台对补偿网络结构、原边电流恒流控制方法和耦合机构设计等三方面的研究仿真结果进行了验证。实验结果表明,所研究设计的磁耦合谐振移动式无线供电端变换器可以实现原边电流恒定,得出的发射线圈设计规律可以有效改善耦合机构耦合性能,供电端可以实现稳定高效的电能输送。
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