非接触励磁能量传输系统的负载功率前馈闭环控制研究

摘要

目前绝大多数同步电机励磁系统的能量传输是采用金属导线连接的方式，该连接方式使该系统存在诸多缺陷，比如裸露的导线易造成安全问题，以及不能满足电动汽车、医疗等一些领域对能量传输的特殊需求，为了克服传统能量传输方式的诸多不足，非接触能量传输技术也就随之诞生。由于励磁同步电机中电刷的存在无形之中不仅影响了系统的稳定性，还增加励磁同步电机的故障率，因此车载励磁系统必然要实现无刷化，而国内外同步电机无刷励磁技术或多或少地存在一些不足和问题，比如在结构的复杂程度、附加的磁场、主磁场调节的难易程度等方面，本文介绍的非接触式同步电机转子励磁控制系统对于同步电动机和同步发电机均适用，一方面省去了励磁系统的电刷，另一方面改进了现在无刷同步电机存在的一些不足，进而使电机的工作效率以及功率因数显著提升。
　　本文论述了非接触励磁能量传输系统构成以及非接触式同步电机转子励磁系统的工作原理，分析了非接触罐式变压器的特性，针对其漏感较大，选择互感模型来简化非接触变压器的等效电路，通过分析谐振补偿网络中映射阻抗特性以及功率传输特性，确定采用串联-串联补偿结构对漏感进行补偿。通过MATLAB/Simulink建立了补偿前后的变压器的数学模型并进行仿真，得到补偿前后变压器的原边电压、副边电压以及副边电流的仿真波形，通过对比补偿前后的波形，验证了串联-串联补偿结构能够很好地补偿漏感。
　　为了改善系统的输出特性和稳定性，同时提高系统的抗干扰能力，提出了负载功率前馈算法，先分析得到简化的电路模型，然后建立动态方程来分析负载功率前馈控制算法，通过Saber2012搭建仿真模型，对比系统在开环、PI闭环控制以及负载功率前馈控制下直流输出的仿真波形，验证了负载功率前馈控制算法的理论。
　　最后，搭建了非接触同步电机转子励磁系统的实验平台，对该系统的输出特性进行实验分析，验证了本文提出的方法和仿真结果的正确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 非接触能量传输技术的国内外研究现状

1．2．1 国外的研究现状

1．2．2 国内的研究现状

1．3 本文的主要研究内容

第2章 非接触励磁能量传输系统构成

2．1 非接触励磁能量传输框架结构

2．2 非接触罐式变压器介绍

2．3 非接触励磁能量传输系统谐振补偿分析

2．3．1 谐振补偿网络中映射阻抗特性分析

2．3．2 原访与副i力的补偿申容的阢配

2．3．3 谐振补偿网络中功率传输特性的分析

2．4 本草小-结

第3章 非接触励磁能量传输系统的硬件电路设计

3．1 高频逆变电路设计

3．2 驱动电路设计

3．2．1 驱动芯片IR2110的介绍

3．2．2 自举电容的估算

3．2．3 自举电阻的估算

3．2．4 自举二极管的选择

3．3 整流滤波电路设计

3．3．1 整流二极管的选择

3．3．2 滤波电容的估算

3．3．3 滤波电感的估算

3．4 本章小结

第4章 非接触励磁能量传输系统的仿真及算法分析

4．1 谐振补偿前后变压器数学模型与仿真

4．1．1 补偿前变压器数学模型与仿真

4．1．2 补偿后变压器数学模型与仿真

4．2 负载功率前馈控制算法

4．2．1 励磁绕组电压的归算

4．2．2 励磁绕组电流的获取

4．2．3 负载功率前馈控制软件实现

4．2．4 负载功率前馈控制仿真分析

4．3 SPWM控制的原理及波形的产生

4．4 本章小结

第5章 非接触励磁能量传输系统实验分析

5．1 DSP生成的SPWM波形

5．2 IR2110的HO和LO两路SPWM波形

5．3 变压器的原副边波形分析

5．4 系统直流输出结果的波形分析

5．5 发电机输出波形

5．6 本草小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术成果

致谢