基于LCL拓扑的感应加热及无线电能传输系统研究

摘要

随着无线电能传输技术的发展，其在家用电器领域的应用也越来越多。2013年无线充电联盟(WPC)发布了《无线厨房电器》白皮书，为无线厨房电器的标准化及发展指明了方向。配合于厨房环境，无尾厨房电器有很多优点，干净整洁容易清洗，没有电气线安全方便，节省空间容易存储，精确控制智能化等。
　　本文研发一款新型的厨房电器——多用途电磁炉及负载系统。其中多用途电磁炉作为电源发射端，铁质锅具及无尾电饭煲作为负载。其既能实现传统意义上的感应加热，即为铁质锅具进行涡流加热；又能作为无线电能传输的电源发射端，为无尾电饭煲进行无线供电。
　　感应加热及无线电能传输作为两种不同的系统，所以本文首先要解决的是确定系统的电路拓扑。两个系统负载特性不同而要求有共同的电源发射端，通过对比串联、并联、LCL三种电路结构，系统最终确定以LCL拓扑作为电源发射端主电路结构，并研究不同负载对原边回路的影响，分别对两种负载所构成的系统进行理论分析。
　　基于论分析，进行感应加热及无线电能传输系统设计。首先确定LCL回路参数，包括谐振频率、Lr、LP、CP值的选择，使其满足各自系统的功率等级、回路阻抗要求；其次设计系统电路结构，包括功率变换环节、逆变电路、磁耦合机构等。并基于电路结构进行PSPICE电路仿真、Maxwell磁场仿真，分析系统的工作及传输特性；最后搭建系统进行实验验证，得到基于LC L拓扑下的感应加热系统工作特性和无线电能传输系统工作特性，确定传输功率、传输效率，并进行位移实验。
　　系统能够保证在铁质锅具和无尾电饭煲这两种不同负载下，电源发射端都能为其进行高效率的传输。当负载为铁质锅具时，感应加热系统的传输功率最大能达到1200W，且功率连续可调，效率在85％以上；当负载为无尾电饭煲时，无线电能传输系统功率能达到600W，使电饭煲在额定功率下工作，原副边功率均连续可调。当调整原边BUCK占空比时，系统效率在84%以上，当调整副边BOOST占空比时，系统效率在80%以上。还对负载在垂直位移及水平位移下对系统传输功率及效率的影响进行了研究。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究意义

1.2无线电能传输技术应用与发展现状

1.3本文研究内容

第2章 系统拓扑及理论分析

2.1引言

2.2传统感应加热电路分析

2.3无线电能传输系统理论分析

2.4基于LCL拓扑的感应加热系统

2.5基于LCL拓扑的无线电能传输系统

2.6本章小结

第3章 感应加热及无线电能传输系统设计

3.1引言

3.2硬件电路设计

3.3耦合补偿机构设计

3.4基于LCL的感应加热系统设计

3.5基于LCL的无线电能传输系统设计

3.6本章小结

第4章 系统性能实验研究

4.1引言

4.2基于LCL拓扑的感应加热系统实验研究

4.3基于LCL拓扑的无线电能传输系统实验研究

4.4本章小结

结论

参考文献

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