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基于双激励线圈的无线电能传输模式研究

Investigation on Wireless Power Transferring based on Dual Primary Coils Mode

【作 者】杨婷

【摘 要】

传统感应耦合无线电能传输系统(即 InductivePowerTransferIPT)的能量输入端多采用单激励线圈结构,由于系统的耦合机构多为松散耦合形式,为获得较大的传输功率,发射线圈中往往需要产生较大的谐振电流。这样输入端的电能转换元器件将承受比较大的电流或电压应力,且传输线圈也将承受较大电流,从而增加了开关器件成本,线圈电流损耗。

论文采用原边双激励线圈结构的无线电能传输模式(Dual Primary CoilsInductive Power TransmissionDPC-IPT),在原 IPT 系统基础上增加了一组能量发射模块,由两个原边激励线圈与副边感应耦合实现无线电能传输。本文主要研究内容有:

① 利用阻抗分析法对双激励线圈结构的无线电能传输模式不适用于原边串联型谐振网络进行了论证,并以此为依据选择以 PS DPC-IPT 为研究对象;建立了 PS 结构 DPC-IPT 的阻抗模型,推导出系统功率模型和效率模型,与传统 IPT 系统功效进行了对比分析。

② 针对系统传输功率受双激励线圈之间互感值、原边谐振电流相位差和输入电压比等因素影响,基于 MAXWELL 仿真软件对 DPC-IPT 系统耦合机构进行了磁场仿真,确定了能量传输的最佳耦合机构模型;并经过理论推导给出了原边谐振电流相位差和输入电压比的约束范围。

③ 针对非对称输入电压下原边谐振频率波动提出恒频控制策略。分析了非对称输入电压下原边等效谐振电感的变化趋势,并推导出对应的补偿电容公式;利用电容阵列对原边等效电感值变化时调节补偿电容以实现恒频控制 。

④ 最后,基于 MATLAB 仿真软件和实验系统对 DPC-IPT 的传输能力进行了验证,与理论结果进行对比;再对电容阵列控制器的有效性进行了仿真验证,验证了电容阵列控制器对系统恒频控制的有效性。仿真和实验结果表明 DPC-IPT 系统结构提高了副边拾取电流,显著提高了系统传输功率。

【关键词】双激励线圈;无线电能传输;非对称输入;恒频控制

【下 载】 (浏览170次)