收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

非接触感应耦合电能传输与控制技术及其应用研究

杨民生  
【摘要】:新型非接触感应耦合电能传输技术(Inductively coupled power transfer,简称ICPT)利用电磁感应耦合原理从静止的原边电源向一个或者多个副边用电负载提供无接触电能传输,ICPT技术消除了传统的点到点供电方式所带来的固有缺陷,如导线裸露、插头磨损、接触电火花等,具有安全、环保、免维护或少维护等优点,在厂矿、装配车间、各种易燃易爆环境、水下环境、人体内植式电子装置供电等各种特殊条件下电气设备的安全供电,及移动电气设备的安全供电,如电动汽车等方面拥有广阔的应用前景。随着各个领域对非接触感应耦合电能传输的需求越来越迫切,感应耦合电能传输技术已经成为目前的一个研究热点。本文对非接触感应耦合电能传输技术作出了系统的研究,主要包括以下方面。 论文首先介绍了非接触感应耦合电能传输技术起源,系统基本构成及工作原理,对ICPT技术系统的应用领域作出了详细的介绍,阐述了ICPT技术在国内外的研究现状,对ICPT系统的关键技术问题进行了归纳,介绍了论文的主要研究内容。 对典型ICPT系统的磁路模型及等效电路模型作出了分析,获得了基于磁通交链的T型电路及基于互感原理的互感电路模型;基于互感等效电路模型,建立了原副边相互分离的等效电路;以互感理论为基础,深入分析了多负载ICPT系统的等效电路模型,分别对单一原边线圈多负载拾取线圈及多原边线圈多负载拾取线圈两种不同的系统结构进行了研究,分析了两种不同结构的多负载ICPT系统之间的参数关系。分析了ICPT系统的电功率参数传输模型,对系统的传输功率及电压电流增益系数等参数进行了分析,研究了系统中各电路参数的变化对系统传输功率的影响。 以增强系统的传输功率性能为目的,对ICPT系统的谐振补偿理论作出了研究。结合ICPT系统的电路模型,对静态补偿的基本拓扑及系统输出电能特性进行了研究,完成了静态电路谐振补偿的补偿参数设计,通过仿真实验验证了静态补偿对传输功率性能的提升;提出了一种基于动态可控电抗器的谐振补偿方法,通过动态调节可控电抗器的导通角来改变组合式补偿支路的容抗数值,从而保证了原边电源侧输出电压与输出电流之间的零相角条件,减小对系统电源的VA值容量需求,对动态补偿支路的参数进行了优化,通过Orcad/Pspice所构建的电路仿真模型对动态谐振补偿的有效性作出了验证。对ICPT系统在不同的原边电源类型及不同的补偿拓扑方式下系统的功率传输特性计算分析与仿真验证。 在ICPT系统中,为增加系统的功率密度,减小装置体积与重量,需要向原边线圈注入高频交变电流。系统负载所能接收的传输功率与原边线圈电流大小呈正比,对原边逆变电路的研究属于感应耦合电能传输技术领域中的重要内容。论文对适用于大中功率电能变换的一次侧换流拓扑进行了系统的研究,研究了推挽谐振式电能变换器在变负载条件下的原边电流恒流性能,提出了一种具有原边恒流特性的一次侧电能变换电路拓扑,设计了电路参数,能在ICPT系统负载变化时保持原边线圈电流的稳定,以一次侧谐振槽的体积与重量为优化目标,对电路参数进行优化;电路仿真结果显示,本文所提出的一次侧原边恒流型电路变换拓扑在全负载范围内具有优良的原边恒流特性。 论文研究了ICPT系统的传输功率模型,针对ICPT系统中一次侧与二次侧不存在常规的信息反馈通道的特点,重点研究了在系统负载侧进行传输功率控制的方法。结合本文所提出的原边恒流型一次侧电能变换拓扑,提出了一种采用动态切换电抗器对ICPT系统二次侧电路进行动态解谐来控制系统向负载传输功率的方法,该方法能在ICPT系统二次侧实现对传输功率的控制,同时保证了ICPT系统最大传输功率性能,采用基于模糊逻辑的控制器来对动态电抗器的导通角进行控制,基于Matlab/Simulink的系统仿真结果显示动态解谐传输功率控制方法的有效性。为了抑制参数摄动对系统输出的影响,采用广义状态空间平均法,推导出ICPT系统的参数不确定性模型,构建了μ综合控制器对系统输出进行鲁棒控制,取得了较好的效果。针对多负载ICPT系统,研究了采用功率开关管电路的传输功率控制方法,消除了系统负载之间的相互干扰,能实现对负载输出侧电能参数的精确控制,电路仿真实验验证了开关管传输功率控制电路的有效性。 考虑到电动汽车的广阔应用前景,对电动汽车非接触充电系统及充电控制模式作出了研究,对比分析了相对静止式非接触充电模式及相对运动式非接触输电模式。对适合电动汽车非接触感应耦合充电系统的线圈结构与耦合特性作出了研究,提出了电动汽车非接触式感应耦合充电系统的关键参数设计流程。提出了电动汽车非接触充电控制系统结构,针对锂电池组充电特性,研究了PWM恒压恒流充电模式,对电动汽车非接触式充电的分段充电控制算法作出了详细分析。设计了多负载非接触感应耦合充电系统,对PWM恒流与恒压两种充电模式进行了仿真实验,仿真结果显示所设计系统具有较好的电能传输性能。 论文最后总结了全文的主要工作和创新性点,并指明了下一步研究工作方向。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 黄杰;聂蓉;曹卫权;;非接触电能传输系统主变换器研究[J];湖南工程学院学报(自然科学版);2011年02期
2 赵彪;陈希有;于庆广;;用于非接触电能传输的自适应谐振技术原理[J];电工电能新技术;2010年02期
3 王长松;张绪鹏;许江枫;;新型平面感应式电能传输系统[J];武汉理工大学学报;2009年23期
4 ;让“无线供电”梦想成真 我国非接触电能传输研究获多项重大成果[J];硅谷;2011年05期
5 王长瑞,房亚忠;多电源点供电中两端电能量值差错的分析处理[J];华北电力技术;2000年12期
6 张又元;阎洁;;浅议电能质量标准[J];科技资讯;2008年04期
7 李媛媛;牛东晓;李韩房;;电能在终端能源中的竞争力影响要素系统结构分析[J];华北电力大学学报(自然科学版);2008年03期
8 李媛媛;牛东晓;李韩房;谷志红;张烨;;电能在终端能源中的竞争力分析评价指标体系的构建研究[J];华东电力;2008年05期
9 宋崇河;16V280柴油机试验能量回收装置方案探讨[J];机车车辆工艺;1997年03期
10 陈仕宽;张玉业;刘浩;;一种智能化电能表[J];电工技术;2000年05期
11 李鹏;;电能损耗与节能措施[J];天津电力技术;2000年02期
12 肖晋宇;佟明东;;“十一五”期间三峡增发电能消纳的研究[J];中国电力;2007年01期
13 刘东旗;;提高用电利用率实现节能降耗[J];电工技术;2007年07期
14 刘海燕;秦霏;荆玲;尹军;韦新东;;某高校能源消耗现状调查[J];吉林建筑工程学院学报;2007年04期
15 梁奇;;随着强劲的电能感动(散文)[J];广西电业;2008年09期
16 赵彪;冷志伟;吕良;陈希有;;小型非接触式电能传输系统的设计与实现[J];电力电子技术;2009年01期
17 张振华;张延友;;太阳能与电能互补供暖方案[J];建筑技术开发;2009年06期
18 ;呼吸也能发电[J];恋爱婚姻家庭(养生);2010年05期
19 滕春利;李晓江;孙凯;;船用能源研究[J];科技传播;2010年16期
20 王维国;;运动磁场中的力与能量问题探讨[J];物理通报;2011年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张雪明;徐明奇;王岩峰;孙培光;;海洋水下仪器超低流速电能补充技术研究[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会成立大会暨第一届学术讨论会论文集[C];2008年
2 尹华;李亚军;;甲烷氧化偶联制乙烯工艺的能量利用[A];2006年石油和化工行业节能技术研讨会会议论文集[C];2006年
3 朱海龙;叶高英;童洪辉;;感应耦合等离子体矩的二维数值模拟研究[A];第十五届全国等离子体科学技术会议会议摘要集[C];2011年
4 孙跃;苏玉刚;戴欣;杜雪飞;;适用于感应耦合电力传输系统的软开关模式功率变换器[A];四川省电工技术学会第七届学术年会论文集[C];2003年
5 邱波;许尉滇;;非接触IC卡电度表设计与实现[A];全国第16届计算机科学与技术应用(CACIS)学术会议论文集[C];2004年
6 陈国东;孙跃;戴欣;王智慧;;非接触电能传输系统的分段控制方法研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 邓云;;感应耦合传输技术在海洋中的应用[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
8 李季平;梁大开;;双图像法测物体大位移及其不确定度的研究[A];江苏省计量测试学会2005年论文集[C];2005年
9 曹维国;朱运东;安志勇;杨瑞宁;肖作江;;基于激光原理的曲臂测量系统研制[A];2007年先进激光技术发展与应用研讨会论文集[C];2007年
10 张大兴;贾威;官伯林;;基于光电位移检测的振动测量控制技术[A];2009安捷伦科技节论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨民生;非接触感应耦合电能传输与控制技术及其应用研究[D];湖南大学;2012年
2 夏晨阳;感应耦合电能传输系统能效特性的分析与优化研究[D];重庆大学;2010年
3 李媛媛;终端能源中电能消费及竞争力分析方法研究[D];华北电力大学(北京);2008年
4 郭景峰;轧辊辊型非接触检测理论与CCD实现技术的研究[D];燕山大学;2003年
5 李泽松;基于电磁感应原理的水下非接触式电能传输技术研究[D];浙江大学;2010年
6 李昆;激光非接触位移传感器的研制及其应用[D];中国地震局工程力学研究所;2004年
7 李丽娟;目标激光散射特性在钢板表面微观轮廓精度测量中的应用研究[D];长春理工大学;2005年
8 刘建湖;舰船非接触水下爆炸动力学的理论与应用[D];中国船舶科学研究中心;2002年
9 张起勋;面向温室补光的太阳自动跟踪系统研究[D];吉林大学;2010年
10 裴伟;显微立体匹配及非接触无损快速三维测量研究[D];大连理工大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 林麟;水下非接触电能传输装置的设计、试验与研究[D];浙江大学;2012年
2 侯洁;中小功率等级感应耦合电能传输系统的设计与实现[D];重庆大学;2013年
3 蒋粟彦;基于TMS320F2806的综合电能监测仪的研制[D];江苏大学;2010年
4 王琛琛;感应耦合式电能与信号混合传输系统研究[D];重庆大学;2010年
5 王品一;非接触双向电能传输电路的研究[D];重庆大学;2011年
6 倪新东;非接触电能传输系统关键技术研究[D];南京邮电大学;2013年
7 张宇帆;非接触感应耦合电能传输系统的优化分析与频率跟踪控制[D];重庆大学;2011年
8 邹函廷;基于恒流源核磁共振地下水探测仪的电能回收器设计[D];吉林大学;2012年
9 林杰;浮标系统非接触电能高效耦合及数据传输方法的研究[D];天津大学;2012年
10 冷志伟;非接触电能传输系统电能发射源的研究[D];大连理工大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张忠良、孙永中;非接触作战五种技术[N];解放军报;2004年
2 周晓慷;让“机遇”战胜“危机”[N];人民邮电;2003年
3 许小芳;“非接触作战”的实质是“单向接触”[N];中国国防报;2003年
4 吴宁 李玉明 刘强;非接触作战的局限与未来[N];中国国防报;2003年
5 记者肖树臣;非典催生非接触营销[N];工人日报;2003年
6 本报记者 袁丽;“非典”推进非接触营销[N];中华建筑报;2003年
7 记者 左永刚;非接触电能传输研究获多项自主创新成果[N];中国高新技术产业导报;2011年
8 田龙生;“泰番”:德国“非接触”空中杀手亮相[N];中国国防报;2004年
9 ;西安市电力设施和电能保护办法[N];西安日报;2009年
10 中国电子信息产业发展研究院信息化研究所安 筱鹏;王厚芹;非典催生非接触经济[N];中国工业报;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978