非接触电能传输系统电能发射源的研究

论文摘要

非接触电能传输(Contactless Power Transfer, CPT)技术是目前国内外学术界和工程界热点探索的一个新领域,其基于电磁感应原理或耦合谐振原理,综合利用现代电力电子、高频变换、磁场耦合等技术,借助现代控制理论和方法,通过初级回路和次级回路之间的高频电磁耦合,实现从静止电源系统向相对静止或移动的用电设备以非电气接触的方式进行供电。与传统的电能传输方式相比,非接触电能传输消除了裸露电线、机械磨损、接触松动、接触火花等由于物理接触而存在的各种安全隐患,具有安全性好、灵活性强等优点,在化工、矿井、水下、人体器官等特殊供电场合及航空航天、机器人、医疗器械、消费电子的无线充电、照明、交通运输等领域,具有广阔的应用前景和实用价值。本文首先介绍了非接触电能传输技术的研究背景和电磁感应式CPT技术的基本原理,并概述了目前国内外在非接触电能传输领域的研究现状和已有研究成果；接着对非接触电能传输涉及到的三大关键技术：高频变换技术、电磁耦合技术和谐振补偿技术作了详细的分析,探讨了高频变换器的常用拓扑,电磁耦合机构的不同形式及其互感等效模型,以及不同补偿拓扑的负载、功率特性分析等；随后对基于E类功率放大器的非接触电能传输系统展开研究,给出了E类放大器的工作原理,参数设计及实践中参数调整原则,通过仿真和实验,证明了E类放大器在大功率非接触电能传输中的高效性,并提出了一种基于最优负载的参数设计方法,对变化负载情况下的传输功率、传输效率进行了实验研究；本文的最后分析了一种基于电压型全桥结构的间接型AC/AC变换拓扑,并将其应用于长距离、大功率的非接触电能传输中,针对一个具体实例,给出了其参数设计的方法和实验结果,并对电压全桥电路的控制方式作了简要探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 传统电能传输方式遭遇挑战
• 1.1.2 非接触电能传输技术的发展
• 1.1.3 电磁感应式CPT技术原理
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 2 非接触电能传输关键技术分析
• 2.1 高频功率变换技术
• 2.1.1 变换器拓扑的选择
• 2.1.2 软开关技术
• 2.2 磁耦合技术
• 2.2.1 耦合器结构
• 2.2.2 互感模型分析
• 2.3 谐振补偿技术
• 2.3.1 补偿形式
• 2.3.2 补偿特性分析
• 2.4 CPT系统控制方案
• 3 E类功率放大器研究
• 3.1 运行原理分析
• 3.2 参数设计
• 3.3 损耗分析
• 3.4 仿真与实验
• 4 基于E类功放的非接触电能传输系统研究
• 4.1 基于E类功放的串串补偿CPT系统
• 4.1.1 电路结构
• 4.1.2 耦合线圈设计
• 4.1.3 实验分析
• 4.2 基于E类功放的串并补偿CPT系统
• 4.2.1 系统拓扑分析
• 4.2.2 基于最优负载的参数设计方法
• 4.2.3 实验分析
• 5 基于电压型全桥变换器的CPT系统研究
• 5.1 系统构成及运行模式分析
• 5.2 参数设计与实验
• 5.3 全桥电路控制方式
• 5.3.1 移相PWM控制技术
• 5.3.2 频率跟踪控制技术
• 5.4 两种拓扑比较分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢