【摘 要】
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无线电能传输技术因为其安全、可靠、灵活等显著优点已广泛应用于消费电子产品、水下电源、生物医学植入设备和电动汽车等领域。其中,感应电能传输(Inductive Power Transfer,IPT)技术因其适用范围广而成为国内外学者的研究热点。当采用IPT技术进行充电时,总是需要系统对变化的负载提供恒定的电流(Constant Current,CC)或恒定的电压(Constant Voltage,C
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无线电能传输技术因为其安全、可靠、灵活等显著优点已广泛应用于消费电子产品、水下电源、生物医学植入设备和电动汽车等领域。其中,感应电能传输(Inductive Power Transfer,IPT)技术因其适用范围广而成为国内外学者的研究热点。当采用IPT技术进行充电时,总是需要系统对变化的负载提供恒定的电流(Constant Current,CC)或恒定的电压(Constant Voltage,CV),并且在实际场合中原边线圈和副边线圈之间的偏移难以避免,造成系统输出功率降低、损耗增大,所以研究具有抗偏移恒流-恒压输出的感应电能传输系统十分重要。为了在负载变化、耦合机构偏移,且降低IPT系统控制复杂度的情况下确保IPT系统输出电流和输出电压恒定,本论文先研究了串联-串联(Series-Series,S-S)型补偿拓扑和双边电容-电感-电容(double-sided Capacitance-Inductance-Capacitance,CLC-CLC)型补偿拓扑恒流输出特性,前者恒流输出时其输出电流与互感呈正比例关系,后者恒流输出时其输出电流与互感呈反比例关系。根据上述分析,本论文基于S-S型补偿拓扑与CLC-CLC型补偿拓扑的特性,并通过在副边电路中添加交流开关和补偿元件,提出了具有恒流-恒压输出的混合IPT系统。通过分析该混合IPT系统的恒流模式、恒压模式和双D正交(Double-D Quadrant,DDQ)线圈的偏移特性,从而选取DDQ线圈作为该混合IPT系统的耦合机构。之后,本论文研究该混合IPT系统在恒流模式和恒压模式下的参数优化方法,从而为实现该混合IPT系统的抗偏移恒流恒压输出夯实了理论基础。最后,为验证所提出的具有抗偏移恒流-恒压输出的混合IPT系统的正确性和可行性,本论文搭建了1k W的实验装置进行实验,分别考察了其抗偏移恒流输出和抗偏移恒压输出性能。实验结果表明,在恒流模式下,当副边沿着X轴方向偏移-212.5mm~212.5mm,沿着Z轴方向偏移-48mm~35mm,且当负载在50Ω~100Ω范围内变化时,系统输出电流波动限制在5%以内,且系统整体效率为90.20%~95.81%;在恒压模式下,当副边沿着X轴方向偏移-212.5mm~212.5mm,沿着Z轴方向偏移-48mm~35mm,且当负载在100Ω~1000Ω范围内变化时,系统输出电压波动限制在5%以内,且系统整体效率为78.54%~94.68%,验证了该混合IPT系统的有效性和可行性。除此之外,该混合IPT系统无需复杂的负反馈控制,避免无功功率输入,且当副边移出工作区域时,可限制逆变器输出电流。
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