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感应电能传输系统的最大效率跟踪方法研究

【作 者】王蕾

【摘 要】感应电能传输(Inductive Contactless Power Transfer)技术,简称为ICPT技术,是一种利用高频磁场之间电磁转换来实现电能传输的技术,它利用磁场作为其传输媒介,从而没有直接的电气接 触,使得电源到供电设备端的灵活性和安全性相比于传统的供电方式有了更大的提高,因此近年来受到国内外众多学者的关注。
在ICPT系统中,由 于系统原、副边之间存在着空气间隙,属于松耦合系统,因此,传输的效率一直是 ICPT系统研究的热点,近年来的研究表明,ICPT系统的效率跟系统参数、原副边耦合系数、互感、磁芯结构以及负载等因素有关。一般说来,在ICPT系 统中,希望能够为负载提供恒定电压的同时也满足传输效率的最大,然而,目前对于在ICPT系统中,当负载变化时,能够保持输出电压稳定并且传输效率达到最 大的研究还相对较少。因此,本文提出了一种ICPT系统最优效率跟踪的方法,使得在负载变化时,不仅能够保证输出电压稳定还能使系统传输效率达到最大。
本文的主要研究内容有以下几个方面:
①介绍了ICPT系统工作的基本原理,对ICPT系统的效率进行了分析,通过对ICPT四种不同拓扑结构的建模和效率分析,得出了不同结构的ICPT系统效率的统一表达式,分析了参数对于系统效率的影响,并给出了参数优化的设计方法。
②通过分析负载对ICPT效率的影响,提出在系统副边加入DC/DC阻抗变换器,使得负载变化时,ICPT系统效率达到最优,并能够实现系统工作频率的 稳定,对此原理进行了深入分析,给出了ICPT系统效率优化流程图,并对加入的不同阻抗变换器的系统效率进行了matlab仿真分析,选取了最优的阻抗变 换器。
③针对ICPT变负载情况下输出电压不稳定,实现ICPT系统变负载情况下输出电压的恒定,提出了移相控制策略,分析了其基本原理,并加入了模糊控制算法,该算法有较快的响应速度以及较高的稳态精度。
④以SS型结构的ICPT系统为例,针对变负载的ICPT系统最优效率跟踪以及变负载的输出控制在Matlab/simulink平台下做了仿真研究以及实验研究。

【关键词】感应电能传输系统;最大效率跟踪;拓扑结构;效率分析;输出控制;

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