基于包絡線調制的非接觸電能傳輸模式研究.pdf

1、在非接觸電能傳輸系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的電能傳輸模式存在整體效率低、控制復雜、輸入功率因數(shù)低、功率密度小、成本較高等缺點，在很大程度上限制了非接觸電能傳輸技術的推廣和應用。本文以國家自然科學基金項目為依托，針對傳統(tǒng)傳輸模式存在的問題，旨在提出一種基于包絡線調制機理的能量傳輸模式，并圍繞該模式對幾種典型非接觸電能傳輸系統(tǒng)結構進行研究，提出相應結構下的新型電路拓撲及控制方式。本文主要進行了以下幾個方面的研究工作：
　　 1.分析了傳統(tǒng)供電方式

2、存在的不足和非接觸電能傳輸技術研究的必要性，并綜述了國內外理論研究和產業(yè)化現(xiàn)狀。分析了傳統(tǒng)非接觸電能傳輸模式存在的問題，闡明了本文的研究目的、內容和意義。
　　 2.提出了基于包絡線調制機理的非接觸電能傳輸模式，該模式以負載電能形式為目標，采用載波調制技術，實現(xiàn)電能變換與傳輸。論文系統(tǒng)分析研究了該模式機理、系統(tǒng)基本框架及相關關鍵技術，并以全橋串聯(lián)諧振電路為例從理論上研究了包絡線調制傳輸模式的可行性；對比分析了該模式的優(yōu)點。

3、>　　 3.分析了采用傳統(tǒng)傳輸模式的AC-AC型非接觸電能傳輸系統(tǒng)存在的缺點，研究了包絡線調制傳輸模式下的系統(tǒng)結構。提出了一種新型AC-DC-AC變換拓撲，對采用該拓撲的AC-AC型非接觸電能傳輸系統(tǒng)的初級回路和次級回路的工作模態(tài)進行了分析，研究給出了該拓撲實現(xiàn)軟開關的條件和系統(tǒng)動態(tài)解析模型。對該拓撲進行了仿真分析和實驗驗證。
　　 4.分析了傳統(tǒng)傳輸模式下DC-AC型非接觸電能傳輸系統(tǒng)存在的缺點，并提出了基于包絡線調制模式的

4、系統(tǒng)結構，簡化了系統(tǒng)電路拓撲和控制方式，提升了系統(tǒng)整體效率和系統(tǒng)功率密度。以不對稱DC-AC拓撲為例，研究了該結構實現(xiàn)包絡線調制的方式，并利用狀態(tài)空間法建立了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型，進行了仿真分析和實驗驗證。
　　 5.提出了基于包絡線調制傳輸模式的AC-DC型非接觸電能傳輸系統(tǒng)結構，給出了一種適用于該結構的能量注入式AC-AC變換拓撲，分析了該拓撲的系統(tǒng)特性。提出了能量臨界平衡的判定方法、包絡線預估方法及相應的最優(yōu)控制策略，并進行了仿

5、真分析和實驗驗證。
　　 6.提出了一種新的電流型CPT系統(tǒng)電路拓撲，以實現(xiàn)輸入電壓及系統(tǒng)耦合參數(shù)不變時包絡線的寬范圍調幅。建立了該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)等效模型，并在此基礎上推導出了系統(tǒng)控制特性和關鍵參數(shù)的計算方法，并進行了仿真分析和實驗驗證，為系統(tǒng)的設計與分析提供了理論依據(jù)。
　　 本論文的主要創(chuàng)新性貢獻在于：
　　 1.提出了一種基于包絡線調制機理的非接觸電能傳輸模式。該模式面向負載電能形式需求，采用電能載波與調制技術

6、，實現(xiàn)非接觸電能傳輸。解決了傳統(tǒng)傳輸模式下系統(tǒng)功率因數(shù)低、功率密度不高等問題，提高了系統(tǒng)效率，拓展了非接觸電能傳輸技術的應用領域。
　　 2.基于Buck和Boost思路，結合電流型CPT系統(tǒng)的特點提出了一種能夠靈活控制系統(tǒng)傳輸功率的變換拓撲，實現(xiàn)了包絡線幅值的寬范圍調節(jié)，大大提高了負載適應能力。該拓撲可以推廣到一般的電能變換應用中。
　　 3.提出了一種諧振能量控制策略，通過實時調節(jié)諧振回路能量注入模式，實現(xiàn)AC-AC