非接触式电能传输技术的研究与设计

论文摘要

非接触式电能传输技术又称为非接触式感应耦合功率传输技术(Inductively Coupled Power Transfer简称ICPT ),作为一种新兴的电能传输技术,由于其可以极大提高用电系统的安全性、可靠性与灵活性,并能适用于一些特殊领域而受到国际学术界的广泛关注。其供电的非接触特性,以及近几年此项技术取得的诸多进展,展示了其广阔的应用前景。但受限于电力电子技术的发展以及对此领域的研究较晚,该技术仍然处于起步阶段。本文在大量仿真与实验的基础上,对整个系统进行了详细的分解,实现了一个非接触式电能传输的实验平台。本文首先介绍了非接触式电能传输(ICPT)的发展状况及特点。由于ICPT系统不同于传统的供电技术或一般的开关电源,因此必须建立合适的模型进行分析。文章利用电磁感应原理建立了互感模型,在此基础上对松耦合变压器进行了详细的论述。接着根据系统最大功率传输能力的实现条件,利用谐振技术进行补偿,提出了互感模型的几种补偿拓扑并进行了详细的分析。由于该系统变量多,参数之间互相影响,文中亦对其稳定性进行了深入探讨,并给出了其稳定性的条件。然后提出一种非接触式电能传输的实现方法,通过仿真与理论分析证明其可行性,利用半桥变换器搭建了ICPT供电的实验平台,最终实现了可分离变压器相距10mm的非接触电能传输,实验结果与理论分析基本吻合。本课题的研究工作对ICPT技术做了许多前期预研准备,为进一步的深入研究提供了初步的结论与经验,并取得了一定的成果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 非接触式电能传输技术简介
• 1.3 非接触式电能传输技术的特点
• 1.4 非接触式电能传输技术的研究现状与发展前景
• 1.5 需要解决的问题
• 1.6 论文章节安排
• 第二章 非接触式电能传输系统的建模和磁路分析
• 2.1 非接触式电能传输系统的构成
• 2.2 能量接收部分的含源一端口等效电路
• 2.3 松耦合变压器分析
• 2.3.1 互感模型的初步分析
• 2.3.2 松耦合变压器的优化
• 2.3.3 松耦合变压器的设计
• 2.3.4 常用漆包线选型
• 2.4 本章小结
• 第三章 非接触式电能传输系统的拓扑和补偿
• 3.1 谐振现象研究
• 3.1.1 谐振电路分析
• 3.1.2 串联电路的谐振
• 3.1.3 并联电路的谐振
• 3.2 非接触式电能传输系统副边补偿网络
• 3.2.1 副边无补偿网络
• 3.2.2 副边电容串联补偿
• 3.2.3 副边电容并联补偿
• 3.3 非接触式电能传输系统原边补偿网络
• 3.3.1 映射阻抗
• 3.3.2 原边补偿网络
• 3.4 补偿拓扑分析
• 3.5 原边补偿对视在功率的影响分析
• 3.6 系统的稳定性分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 非接触式电能传输系统的设计与实现
• 4.1 周期函数的傅里叶级数
• 4.2 非接触电能传输的实现方式
• 4.2.1 半桥电路变换器
• 4.2.2 电路设计仿真分析
• 4.3 电路芯片介绍
• 4.3.1 脉宽调制控制器SG3525
• 4.3.2 驱动电路设计
• 4.3.3 功率开关管的选择
• 4.4 实验结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 致谢
• 硕士期间发表的论文