基于推拉式拓扑的ICPT系统频率调谐方法研究

摘要

在现实生活中，人类所拥有的大多数的电气设备的用电方式，几乎都是通过电气接触的方式来从电网获取电能。然而，这种直接接触的方式对设备的灵活性会有很大影响，还存在一定的安全隐患。为了解决这些电气设备的电能接入的灵活性和安全性问题，无线电能传输（WPT，wireless power transfer）技术产生。
　　感应耦合电能传输（ICPT，Inductively Coupled Power Transfer）是目前在无线电能传输技术领域相对成熟的研究方向。但是对于ICPT系统研究来说还有很多问题值得深入的研究。本文针对系统负载变化导致原边电路反射阻抗变化，进而影响原边电路的固有谐振频率的问题进行了研究。如果原边固有谐振频率发生变化，与系统的额定工作频率不一致，这会导致系统的能量传输能力与传输效率的降低，还会引起输出电压不稳的问题，因此需要对影响ICPT系统原边电路固有谐振频率的因素进行分析，利用可靠的控制策略，保证系统原边固有谐振频率的稳定，从而提高系统的功率传输能力和效率，保证系统输出电压的稳定，保证系统可以可靠供电。
　　本文首先论述了ICPT系统的国内外研究现状，并对ICPT系统调谐控制的国内外研究现状进行了进一步的分析，并对ICPT系统的基本结构和工作原理做了简要介绍。然后分析了ICPT系统中的基本拓扑结构及其常用的调谐控制方法，设计了一种在原边电路加入可变电容的调谐电路，对该电路进行了理论分析，采用移相控制策略对系统中的可变调谐电容进行控制，从而达到保证系统原边电路谐振频率相对恒定，输出电压相对稳定。
　　针对所设计的ICPT调谐控制系统，在Matlab/simulink仿真平台上搭建系统的整体仿真模型，进行了相应的仿真分析。结果说明当可变调谐电容值在一定范围内变化时，通过适当调谐控制，系统的原边电路谐振频率可以保持相对恒定，输出电压也可以相对稳定。最后进行了系统实验验证，利用FPGA控制芯片设计了可变调谐电容的控制电路，与逆变器的主电路、驱动电路、检测电路和整流输出电路组成了系统实验电路，对所做的理论分析以及仿真的结果进行具体实验验证。实验结果表明，这种方法对原边电路谐振频率和输出电压的稳定具有很好的控制作用。

目录

1 绪论

1.1 论文研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究目的和意义

1.4 论文结构及主要研究内容

1.5 本章小结

2 感应耦合电能传输系统的基本结构与频率调谐策略

2.1 引言

2.2 感应耦合电能传输技术的基本原理及谐振拓扑介绍

2.3 ICPT系统传统调谐方法

2.4 本章小结

3 频率调谐控制拓扑设计与分析

3.1引言

3.2负载变化对原边谐振网络影响的理论分析

3.3调谐电路拓扑结构及其工作模态分析

3.3本章小结

4 基于移相控制的ICPT系统调谐控制策略的理论分析及仿真

4.1 引言

4.2基于移相控制的调谐控制策略的分析

4.3基于移相控制的调谐控制策略的仿真研究

4.4本章小结

5 系统保护与控制电路设计

5.1引言

5.2保护电路设计

5.3系统控制电路设计

5.4本章小结

6 实验研究

6.1 引言

6.2 硬件电路实物图

6.3 实验的结果分析

6.4 本章小结

7 总结与展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间取得的科研成果

B 作者在攻读学位期间取得的奖励和荣誉