非接触电能传输系统AC/AC变换器的研究

论文摘要

.非接触电能传输（CPT）系统是一种新型的电能传输技术,它摆脱了传统供电方式通过导体直接接触供电的方式,通过感应电磁耦合关系向负载提供电能,彻底消除了接触电火花的存在,减小了机构磨损,具有免维护或低维护运行的特点。它以其安全、环保、低维护、适应性强等优点得到了迅速的发展。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的初级回路能量变换问题,以保证系统的稳定、高效运行。论文首先介绍了以感应耦合电能传输技术为基础的非接触电能传输系统的原理、基本结构和国内外的发展现状以及本课题研究的目的和意义。论文主要针对传统AC-DC-AC在CPT系统应用中存在的缺陷,采用双向开关直接AC/AC变换技术,该技术使用较少的功率器件实现能量的高频转换,利于提高变换器的变换效率和鲁棒性。本文对该变换器的工作原理和控制模式进行详细分析,并且介绍了负载变化对系统工作频率的影响及解决方法和电路的开关换流问题的解决方案,针对双向开关直接AC/AC变换器电流峰值反馈控制存在的滞后问题而引起的输出电流不够稳定,提出变换器的预测控制算法,使输出电流更加平稳,系统更加稳定。最后对这两种控制方法分别采用了MATLAB的Simulink进行了仿真,分析了各自的仿真结果。设计并制作了相应的控制电路,并对预测算法控制进行了实验验证,仿真与实验结果表明预测控制算法更能有效的改善输出电流波形,使输出电流更加平稳。

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
• 1.4 本章小结
• 2 CPT 系统初级能量变换概述
• 2.1 非接触电能传输系统的结构及原理
• 2.2 AC-AC 电能变换器的综述
• 2.2.1 间接型AC-AC 变换器
• 2.2.2 直接型AC/AC 变换器
• 2.2.3 开关双向化的直接AC/AC 变换器
• 2.3 小结
• 3 双向开关AC/AC 直接变换器原理研究
• 3.1 双向开关AC/AC 直接变换器的电路拓扑及工作原理
• 3.1.1 双向开关AC/AC 直接变换器电路拓扑
• 3.1.2 工作原理
• 3.2 负载变化对系统频率的影响分析
• 3.2.1 系统能量最大化传输控制
• 3.3 电路的开关换流问题与解决方案
• 3.4 小结
• 4 双向开关AC/AC 变换器电流反馈控制策略研究
• 4.1 闭环电流瞬时值反馈控制
• 4.1.1 控制模式1
• 4.1.2 控制模式2
• 4.2 峰值预测算法控制
• 4.3 电流检测
• 4.3.1 霍尔电流检测
• 4.3.2 电流互感器
• 4.3.3 锰铜分流器
• 4.3.4 电流电压转换芯片
• 4.4 主要电路参数的设计
• 4.4.1 开关频率的选择
• 4.4.2 功率器件的选择
• 4.4.3 谐振器的设计
• 4.5 小结
• 5 仿真与实验研究
• 5.1 电路仿真分析
• 5.1.1 电流瞬时值反馈仿真
• 5.1.2 峰值预测算法控制仿真
• 5.3 实验研究
• 5.3.1 控制电路
• 5.3.3 实验波形
• 5.4 小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.攻读硕士期间发表的论文
• B. 攻读硕士学位期间参与的项目及获奖情况