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电能需要通过电能传输媒介传输,电场耦合式无线电能传输(Electric-field Wireless Coupled Power Transfer,ECWPT)技术是电能接入的新兴技术,它以高频交变电场作为能量传输媒介,实现电能从电网或电源到负载端的无线传输。这一系统的耦合机构以极板为主,它的结构简单,形状易变成本低;正常工作时对周围环境产生的电磁辐射小,且不会使极板之间以及附近的导体产生涡流效应;能够通过金属障碍物传输电能。所以,很多学者开始关注这一技术。
随着ECWPT技术的进一步应用,有必要通过构建闭环系统来提高系统的鲁棒性和能效。这就需要通过电能发送侧与电能接收侧信息交互来实现。此外,在许多应用中,实现控制信号从发射端到接收端,监控数据从接收端传输到发射端的传输也十分有必要。所以,在实现ECWPT系统电能无线传输的过程中,数据传输有重要的作用。目前针对ECWPT系统的并行传输技术的研究存在设计复杂,传输速度低等问题,在对实时性有高要求的系统中应用受限。
针对ECWPT系统的特点,为了进一步提高信号传输的速度,本文针对ECWPT系统提出了一种用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)调制解调技术,基于部分能量通道的能量信号并行传输方法。论文中从电能变换电路、谐振补偿网络以及耦合机构出发,围绕常用电能变换电路的优缺点,信号回路对谐振网络影响,耦合机构的简便性来确定电能传输拓扑;加入额外的一对信号传输极板,与原有的两对能量传输极板构成新的耦合机构实现电能与信号并行传输;根据制约信号传输速度的原因,为提高传输速度确定使用OFDM调制解调技术;根据系统拓扑,给出电能串扰电压以及信号拾取电压的公式;加入极板间的交叉耦合,给出了加入交叉耦合后电能串扰电压以及信号拾取电压的公式,与无交叉耦合的公式进行分析比较;论述了信号板板参数对传输速度的影响;结合系统电路拓扑,根据实际应用的传输功率、传输速度、解调模块的传输性能等限制,给出系统参数设计方法。
最后,通过MATLAB/Simulink进行仿真验证,设计系统参数,验证电能和信号间的相互串扰无相互影响;此外为减小信号极板,通过仿真分析了传输速度与信号极板的关系。搭建系统实验样机,对电能和信号进行并行传输试验。实验结果表明样机在对电能传输功率影响不大的情况下,使信号传输速度保持在80Mbps,实现信号的稳定高速传输。
随着ECWPT技术的进一步应用,有必要通过构建闭环系统来提高系统的鲁棒性和能效。这就需要通过电能发送侧与电能接收侧信息交互来实现。此外,在许多应用中,实现控制信号从发射端到接收端,监控数据从接收端传输到发射端的传输也十分有必要。所以,在实现ECWPT系统电能无线传输的过程中,数据传输有重要的作用。目前针对ECWPT系统的并行传输技术的研究存在设计复杂,传输速度低等问题,在对实时性有高要求的系统中应用受限。
针对ECWPT系统的特点,为了进一步提高信号传输的速度,本文针对ECWPT系统提出了一种用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)调制解调技术,基于部分能量通道的能量信号并行传输方法。论文中从电能变换电路、谐振补偿网络以及耦合机构出发,围绕常用电能变换电路的优缺点,信号回路对谐振网络影响,耦合机构的简便性来确定电能传输拓扑;加入额外的一对信号传输极板,与原有的两对能量传输极板构成新的耦合机构实现电能与信号并行传输;根据制约信号传输速度的原因,为提高传输速度确定使用OFDM调制解调技术;根据系统拓扑,给出电能串扰电压以及信号拾取电压的公式;加入极板间的交叉耦合,给出了加入交叉耦合后电能串扰电压以及信号拾取电压的公式,与无交叉耦合的公式进行分析比较;论述了信号板板参数对传输速度的影响;结合系统电路拓扑,根据实际应用的传输功率、传输速度、解调模块的传输性能等限制,给出系统参数设计方法。
最后,通过MATLAB/Simulink进行仿真验证,设计系统参数,验证电能和信号间的相互串扰无相互影响;此外为减小信号极板,通过仿真分析了传输速度与信号极板的关系。搭建系统实验样机,对电能和信号进行并行传输试验。实验结果表明样机在对电能传输功率影响不大的情况下,使信号传输速度保持在80Mbps,实现信号的稳定高速传输。