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| 用于家用电器的双负载无线电能传输系统的研究 摘要 无线电能传输技术（Wireless Power Transfer，简称WPT）与传统的供电方式相比，具有安全性、便捷性、兼容性等优点，因此具有较大的研究价值与广阔的应用前景。随着技术不断发展，无线电能传输的方式不断丰富，包括电磁感应式（IPT）、电磁共振式（MR-WPT）、电磁辐射式（MPT）等多种无线电能传输方式得到了发展与应用。近年来，无线电能传输技术在生物医学、电动汽车、家用电器等众多领域均有不俗的贡献。 本文集中于电磁感应式无线电能传输技术在中等功率家用电器上的应用，重点针对双负载无线电能传输（DIPT）系统设计及其传输特性进行研究。 本文首先利用互感模型建立等效电路，通过理论推导，得出了不同谐振补偿结构下反应DIPT系统传输特性的相关指标，具体包括反映阻抗、功率传输能力、传输效率、频率分叉临界条件。利用OrCAD与MATLAB软件，对各参数对系统传输特性的影响规律进行了探讨，具体包括耦合系数、双负载阻值、工作频率等，同时分析了IPT系统从单负载模式切换到双负载模式的稳态变化情况。 其次，完成了DIPT系统设计工作，具体包括硬件电路设计（逆变电路、吸收回路等）；磁耦合机构设计：通过仿真分析选择了合适的补偿结构，利用Ansoft Maxwell对线圈结构进行了优化设计。最终得到了工作频率在60kHz附近，双负载输出功率均为700W左右，效率最高可达92%的实验装置。 结合仿真结果，通过一系列特性实验验证了DIPT系统的传输特性，具体包括变负载特性实验、侧移特性实验、单双负载对比实验。仿真结果与实验结果所呈现的传输功率和效率随负载、耦合系数等参数的变化规律基本一致。此外，本文利用MATLAB仿真与实验方法研究了IPT系统电机负载特性，对无线电能传输技术在家用电器上的应用进行了扩展。 最后，对DIPT系统的功率协调控制方式进行了探讨，通过OrCAD仿真和实验验证相结合的方式对变载、变频、电容调节三种方式进行了可行性分析。结果显示了电容调节方式在理论上对双负载功率协调有一定的调节功能。 关键词：无线电能传输；双负载；频率分叉；传输特性；功率协调 目 录 摘 要 I Abstract II 第1章 绪 论 1 1.1 课题背景及意义 1 1.2 无线电能传输技术研究现状 3 1.2.1 国外研究现状 3 1.2.2 国内研究现状 5 1.2.3 多负载无线电能传输技术研究现状 7 1.3 本文的研究内容 7 第2章 无线电能传输技术理论分析 9 2.1 引言 9 2.2 无线电能传输技术的理论分析 9 2.2.1 互感耦合模型 9 2.2.2 四种补偿结构分析 11 2.2.3 单负载感应式无线电能传输技术的建模分析 12 2.2.4 双负载感应式无线电能传输技术的建模分析 13 2.2.5 频率分叉临界条件 18 2.3 本章小结 24 第3章 双负载无线电能传输系统优化设计 25 3.1 引言 25 3.2 双负载无线电能传输系统总体方案设计 25 3.3 硬件电路设计 26 3.3.1 控制电路 26 3.3.2 逆变电路 28 3.4 磁耦合结构设计 30 3.4.1 补偿结构选择 30 3.4.2 磁耦合线圈优化设计 34 3.5 本章小结 40 第4章 双负载无线电能传输系统特性研究 41 4.1 引言 41 4.2 单负载系统与双负载系统对比分析 41 4.3 双负载无线电能传输系统负载特性研究 44 4.4 双负载无线电能传输系统侧移特性研究 47 4.5 无线电能传输系统电机负载特性研究 53 4.5.1 串励电机特性 53 4.5.2 电机负载特性仿真分析 56 4.5.3 电机负载特性实验分析 58 4.6 本章小结 61 第5章 双负载无线电能传输系统功率协调控制方式的研究 62 5.1 引言 62 5.2 变频调节方式 62 5.3 变载调节方式 63 5.4 电容调节方式 64 5.5 本章小结 69 结 论 70 参考文献 72 |
