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【6h】

基于-S复合谐振的ECPT系统及其调谐控制

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1 绪论

1.1 论文研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究目的及主要研究内容

1.4 本章小结

2 ECPT系统典型电路拓扑及调谐控制方法

2.1 ECPT系统工作原理

2.2 ECPT系统拓扑分析

2.3 调谐控制方法

2.4 本章小结

3 基于Π-S型复合谐振网络的ECPT系统

3.1Π-S型ECPT系统的拓扑结构

3.2Π-S型ECPT系统频率特性分析

3.3Π-S型ECPT系统功率传输特性分析

3.4Π-S型ECPT系统参数配置方法及参数敏感性分析

3.5 本章小结

4 Π-S型ECPT系统调谐控制研究

4.1Π-S型ECPT系统调谐控制方法

4.2Π-S型ECPT系统调谐控制实现

4.3 本章小结

5 仿真与实验分析

5.1 仿真模型建立与仿真分析

5.2 实验装置搭建与实验结果分析

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 全文工作总结

6.2 后续研究工作展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文:

B.作者在攻读硕士学位期间参与的项目及获奖情况:

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摘要

无线电能传输(Wireless Power Transfer,?WPT)技术在理论研究和工程技术方面已取得一系列成果,并且在电动汽车、移动机器人、智能制造等很多领域得到应用。其中,电场耦合电能传输(ECPT,Electrical-field coupled Power transfer)系统采用电场作为电能输送介质,以其独特的优势受到了国内外专家学者的高度关注,并围绕 ECPT系统的电能变换拓扑构建、耦合机构设计、原边恒流控制等问题开展了大量研究,获得了一定的理论性研究成果,并且在航天电机、电动汽车、生物医电、照明用具、平板电脑充电等领域得到应用。
  本文首先对 ECPT系统的国内外研究现状进行了阐述,并简要介绍了该系统的工作原理及优势。然后对目前ECPT系统常用的电能变换拓扑进行了详细分析,在此基础上,为了解决耦合机构高压激励需求与高频电能变换环节中开关管MOSFET低压需求之间相互制约的矛盾,提出了一种发射端采用?-CLC谐振电路,拾取端采用S型串联补偿的?-S型电路拓扑;在分析?-S型ECPT系统模型频率特性、功率传输特性以及电压传输特性的基础上,给出了具有原边极板间电压泵升效果的谐振电路参数配置方法,并对该参数配置方法下系统的参数敏感性进行了分析。
  本文针对传输距离变化引起新型 ECPT系统传输性能下降的问题,提出了一种基于相控电感的无级调谐方法,实现了传输距离在1-5mm范围内变化时系统始终工作在谐振状态,提高了系统的传输功率以及工作稳定性;然后针对该新型ECPT系统设计了调谐控制电路及其相关软件。
  最后基于Matlab/simulink平台构建了仿真模型,并搭建了相应的ECPT实验装置,仿真和实验结果验证了所提电路拓扑及其调谐方法的有效性和正确性。

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