感应加热及无线输电一体化平台研究

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运用无线输电技术的无线厨房电器由于安全性高、便于清洗及可操作性强等优势,得到越来越广泛的关注。感应加热技术因具有安全、高效、环保等特点,在厨房电器中的应用越来越广泛。由于一体化平台将感应加热技术和无线输电技术集成于同一个发射端平台,本文分析了两种工作模式下的等效电路,分别为松耦合变压器和等效映射电阻,为电路分析提供了基础。然后基于有限元分析工具,从磁条数量、轴向距离、偏移距离、工作频率以及锅具电导率等方面对涡流功率、线圈电感等物理量进行分析,为发射线圈的设计提供了优化方法。本文对传统电磁炉加热原理作出了系统阐述,由于传统电磁炉的主电路拓扑不适用于一体化平台,本文将具有优良电气特性的T型网络应用于一体化平台。针对一体化平台在不同工作模式下电感量不同的特点,本文提出了一种继电器切换补偿的T型网络优化设计方法,保证了一体化平台在两种工作模式下的传输效率和功率因数。最后分析了发射端拓扑的高频效应,该拓扑对高次谐波阻抗大,抑制作用强,保证了基波分析法的准确性。考虑到一体化平台应用背景,本文对比了直流侧调功和交流侧调功的优缺点,确定了系统的功率调节方案。分析了系统空载状态下的功率损耗,确保了空载状态下的安全性。然后设计了系统在负载切换过程中的功率限制措施,针对母线电流采集方式对输出功率计算不精确的缺点,提出了一种通过补偿电容电压采集方式获得输出功率的方法,保证系统在切换工作模式后不会对用电设备造成危险。最后对所提方法在移相控制下的计算方式作出改进,分析了电容寄生电阻对计算结果的影响,提高了计算和控制的精确性。最后,根据理论分析结果,搭建了一台一体化实验平台,实现了集感应加热功能和无线输电功能于一体,无线输电功率接近300W,传输距离为70mm;感应加热功率超过600W,加热距离达到10mm。
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