动态负载无线电能传输特性研究

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无线电能传输技术,是一种基于法拉第原理来实现非接触式无线电能传输的技术,具有安全、可靠、绿色环保等优良特点,广泛应用于消费电子产品、家庭日常使用的智能电器、生物医药用电、电动汽车产业等相关的领域。目前关于感应型无线电能传输技术研究中,根据不变的电阻负载,进行了比较系统深入的研究。但在实际的无线电能传输系统应用中,负载可能是电阻性、阻感性,也可能是阻容性。对于一个已设计组装的无线电能传输,负载变化可能会引起系统谐振频率变化、系统两侧谐振频率不同、系统最佳匹配负载变化,导致系统的传输特性下降。本文针对不同类型负载变化对基本拓扑和复合拓扑结构的无线电能传输系统的传输特性影响展开探究,提出提高传输性能的方法。本文的主要研究工作和创新点如下:(1)电阻负载变化对传输特性的影响。推导出电阻负载变化时基本拓扑结构和复合拓扑结构无线电能传输系统的简谐振动频率、传输功率、传输效率的表达式,仿真分析电阻负载改变对系统传输特性的影响。(2)阻感和阻容负载变化对传输特性的影响。推算出阻感和阻容负载变化时基本拓扑结构和复合拓扑结构无线电能传输系统的简谐振动频率、传输功率、传输效率表达式,在阻感和阻容负载变化对传输特性影响方面用仿真分析。(3)基于遗传算法的无线电能传输系统谐振网络参数优化设计。基于多目标NSGA-Ⅱ算法,对LCC型无线电能传输系统建模,选取传输功率和传输效率作为目标函数,给出限制函数和待优化参数及其范围,实现谐振网络参数优化设计。(4)基于相控电容的动态负载无线电能传输系统谐振网络调谐方法。为了提高传输功率和传输效率,采用相控电容调谐方法,根据负载变化,调整补偿电容,完成负载变化时拓扑两侧谐振频率相同,运行频率与系统谐振频率接近。(5)搭建额定功率为200W的无线电能传输系统LCC拓扑的实验样机,对提出的系统参数优化设计,并对系统传输特性进行了仿真和实验验证。结果表明,本文所提出的研究方法是正确的。
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