非接触电能传输系统拾取技术研究

论文摘要

非接触电能传输(Contactless Power Transfer,简称CPT )技术为非接触能量传输提供了一种新的途径。近几年,应用非接触电能传输技术取得的诸多成功的案例,展示了其广阔的应用前景,与非接触电能传输技术相关的理论、分析方法、设计方法以及控制问题得到了人们很大的重视,获得了一些对实际应用有价值的结果。论文以重庆市科委重点基金项目和国家自然科学基金项目为背景,主要研究非接触电能传输系统拾取部分的频率补偿和输出电压稳定性控制问题。论文首先介绍了非接触电能传输技术的国内外现状、本课题研究的目的及意义、结构和原理,并介绍了适用于非接触电能传输系统各种不同应用领域中的电磁耦合机构和拾取电路的结构。论文对非接触电能传输系统拾取电路的频率补偿技术进行了研究。针对非接触电能传输系统拾取电感中消耗的无功功率,采用副边回路接入谐振电容的方法来改善拾取电路功率因数。针对系统在工作过程中受干扰和负载变化所引起的拾取电路谐振环节的固有谐振频率偏离系统工作频率,导致拾取电路无功功率增加系统效率降低的问题,本文采用动态频率补偿模式的方法,以使谐振环节电路的固有谐振频率始终和系统的工作频率保持一致,保证了系统的传输效率。最后对非接触电能传输系统输出电压稳定性控制技术进行了研究。针对非接触电能传输系统输出电压受负载阻抗和系统工作频率变化的影响的问题,同时考虑到问题的复杂性,本文采用在拾取电压输出侧加入直流调整环节的方法。对输出电压稳定性控制原理和功率传输问题进行了分析,并对输出稳压控制电路进行设计。论文建立了系统模型,并用PSpice与Simulink进行相关仿真分析,得到了较佳的设计方案。最后根据相关研究结果对非接触电能传输系统和拾取输出稳压控制电路进行设计,并进行了实验,验证了理论计算和仿真结果。实验结果表明这种控制方式可以很好的实现系统输出电压的稳定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题研究目的、意义及主要内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究意义
• 1.3.3 主要研究内容
• 2 非接触电能传输系统概述
• 2.1 非接触电能传输系统的结构及原理
• 2.2 非接触电能传输系统的拾取电路
• 2.2.1 耦合机构
• 2.2.2 能量拾取电路
• 2.3 小结
• 3 非接触电能传输系统拾取频率补偿技术
• 3.1 引言
• 3.2 静态补偿模式
• 3.2.1 拾取电路补偿
• 3.2.2 负载阻抗分析
• 3.3 动态补偿模式
• 3.3.1 动态补偿的意义
• 3.3.2 相控电感及控制方式
• 3.3.3 控制原理
• 3.3.4 仿真分析
• 3.4 小结
• 4 非接触电能传输系统输出稳压控制
• 4.1 影响拾取输出电压稳定性的因素分析
• 4.2 输出电压稳定性分析
• 4.2.1 稳压控制原理
• 4.2.2 功率传输分析
• 4.2.3 开关管Q 占空比
• 4.3 稳压控制电路设计
• 4.3.1 控制电路
• 4.3.2 驱动电路
• 4.4 小结
• 5 仿真与实验研究
• 5.1 拾取电路参数设计
• 5.2 仿真分析
• 5.3 实验研究
• 5.3.1 实验电路设计与制作
• 5.3.2 实验结果
• 5.4 小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 攻读硕士学位期间发表的论文
• B. 攻读硕士学位期间参与的项目及获奖情况