一种三线圈结构的无线电能传输系统能量加密技术研究

摘要

无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)作为一种脱离电线束缚的新兴电能传输技术,凭借灵活的供电方式和对非金属障碍物良好的穿透性能,为人们的生活方式带来了极大的便利。随着WPT技术商业需求的逐渐增大,避免无关负载或者非法负载共享能量传输通道,从而降低能量传输过程中的“窃电”风险成为WPT技术进一步商业化应用的前提,也是本文研究意义所在。本文以此为背景,对三线圈磁耦合谐振式无线电能传输(Magnetic Coupling Resonant Wireless Power Transfer,MCRWPT)系统的能量加密技术进行研究。应用电路理论建立三线圈MCRWPT系统等效模型,并推导三线圈MCRWPT系统输出功率和系统效率的公式。由于公式所含系统参数较多,所以采用控制变量法并使用MATLAB软件分别绘制系统负载、互感系数、补偿电容与输出功率、系统效率之间的函数关系图,直观地表明单个系统参数对系统输出功率和系统效率的影响程度。以上分析不但得出改变副边补偿电容容值可以实现MCRWPT系统能量加密的结论,而且为系统硬件电路平台搭建提供了参考。对混沌理论的基本特征进行介绍。绘制了Logistic映射分岔图,并分析其加密机理。且结合副边补偿电容容值大小可以影响系统输出功率和系统效率的特性,设计了基于Logistic映射的三线圈MCRWPT能量加密策略。为验证所述策略的有效性和可行性,搭建了三线圈MCRWPT系统能量加密硬件电路平台,并进行了相关实验。实验结果表明:在系统传输距离为18cm,输入电压80V的条件下,合法副边线圈最大输出功率256W,最小输出功率242W,系统平均效率约82.8%。而非法副边线圈最大输出功率11W,最小输出功率8.5W,系统平均效率20.6%。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1. 课题的研究背景及意义

1.2. 无线电能传输概述

1.3. 国内外研究现状

1.3.1. 无线电能传输技术的国内外研究现状

1.3.2. 无线电能传输系统能量加密技术的国内外研究现状

1.4. 本文研究内容及创新点

1.4.1. 论文研究内容

1.4.2. 论文创新点

第二章 三线圈MCRWPT系统传输机理分析及加密特性研究

2.1. 引言

2.2. 三线圈MCRWPT系统组成结构与功能

2.3. 串并联谐振电路及补偿网络原理分析

2.3.1.谐振电路

2.3.2.补偿网络

2.4. 三线圈MCRWPT系统参数分析与设计

2.4.1. 三线圈MCRWPT等效电路模型

2.4.2. 三线圈MCRWPT系统参数分析

2.5. 三线圈MCRWPT能量加密特性研究

2.6. 频率分裂

2.7. 仿真与分析

2.8. 本章小结

第三章 基于Logistic映射的三线圈MCRWPT能量加密策略

3.1. 引言

3.2. 混沌理论简介

3.2.1. 典型混沌系统

3.2.2. Lyapunov指数

3.3. 基于Logistic映射的三线圈MCRWPT能量加密策略

3.3.1. Logistic映射加密原理

3.3.2. Logistic映射能量加密策略

3.4. 本章小结

第四章 三线圈MCRWPT能量加密系统设计

4.1. 引言

4.2. 三线圈MCRWPT系统硬件电路设计

4.2.1. 原副边整流滤波电路

4.2.2. 全桥逆变电路

4.2.3. 高频驱动电路

4.2.4. 谐振机构

4.2.5. 电子开关电容阵列

4.2.6. 无线通讯模块

4.3. 三线圈MCRWPT系统软件程序设计

4.3.1. 开发平台

4.3.2. 主程序设计

4.3.3. 子程序设计

4.4. 本章小结

第五章 实验结果与分析

5.1. 引言

5.2. 三线圈MCRWPT系统平台

5.2.1. 系统负载

5.2.2. 互感系数

5.2.3. 谐振电压

5.3. 能量加密实验数据与波形分析

5.4. 本章小结

第六章 总结与展望

6.1. 总结

6.2. 展望

参考文献

附录A 插图清单

附录B 插表清单

在校研究成果

致谢