无线电能传输系统中的功率因数校正技术研究

摘要

无线电能传输（WPT）技术是一种安全、便捷、具有很大潜在商业价值的新兴技术。大功率 WPT系统在投入使用时将对电网造成包括谐波污染在内的一系列影响，需要引入相应的有源功率因数校正（APFC）装置加以改善。电动汽车无线充电系统对APFC环节的要求较高：网侧功率因数达到0.95以上，效率达到96％～97%，功率等级1~10kW或更高。
　　本文首先根据电动汽车对无线充电系统的技术要求，以采用全桥谐振变换器和串-并补偿网络的电磁感应式 WPT系统为研究对象，对其电气特性进行了分析，着重研究了参数失配情况下的功率特点，明确了APFC在WPT系统中的必要性和所发挥的作用。根据WPT系统的应用要求设计了三级交错Boost APFC方案，并提出了一种新的用于平均电流控制的电流检测方法：用 IGBT电流替代电感电流实现电压电流双闭环控制。仿真验证了这种新的电流检测方法的可行性，实现了高达0.999的功率因数。此外，仿真验证了三级交错Boost APFC应用于不同功率等级的WPT系统，功率因数校正效果良好（>0.99），输入电流纹波抑制效果明显，效率达到97%以上。以理论分析和仿真验证为基础设计了基于 FAN9673多通道模拟控制芯片的2.5kW三级交错Boost APFC硬件电路，采用IGBT电流检测替代电感电流检测进行平均电流控制。对样机进行了0.5~2.5kW不同功率等级的电阻负载实验，实现了大于0.99的功率因数和96%以上的效率。本文的后续研究将着重于将该样机应用于完整的WPT系统进行进一步实验验证。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2无线电能传输技术

1.3功率因数校正技术

1.4主要研究内容和意义

第二章 电磁感应式WPT系统原理与工作特性

2.1电磁感应式WPT系统基本构成

2.2 WPT系统功率变换器与补偿网络

2.3 WPT系统电气模型与功率特性

2.4本章小结

第三章 APFC方案选择与原理分析

3.1方案选择

3.2传统Boost APFC电路分析

3.3三级交错Boost APFC电路分析

3.4本章小结

第四章 三级交错Boost APFC方案仿真研究

4.1电流替代法实现三级交错Boost APFC仿真分析

4.2三级交错Boost APFC应用于WPT系统的仿真验证

4.3本章小结

第五章 三级交错Boost APFC设计与实现

5.1总体设计方案

5.2主电路设计

5.3控制电路设计

5.4实验结果与分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1论文工作总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目

答辩决议书

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