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本文对松耦合感应电能传输技术进行了研究。非接触式感应电能传输技术是一门新兴的能量传输方式,它利用现代电力电子能量变换技术、磁场耦合技术,借助于现代控制理论和手段实现了能量从静止设备向可运动设备的非接触传递。为减小系统的体积、重量,采用了高频变换技术,为电工设备供电。由于没有接触摩擦,可减少对设备的损伤,不会产生易引燃引爆的火花,解决了给移动设备,特别是在恶劣环境下工作设备的供电问题。可用于目前正在兴起的高速电力机车、城市电车馈电、水下作业以及化工、采矿等易燃易爆领域,具有广阔的前景。
本文对基于移相全桥的非接触感应电能传输系统进行了研究,主要工作包括以下几点:
① 介绍了感应电能传输技术的工作原理,对耦合装置结构、磁心材料进行了分析,推导出了感应电能传输系统的数学模型,分析了其补偿方式和稳定性判定,介绍了松耦合感应电能传输系统的设计步骤;主电路拓扑结构采用移相全桥串联谐振逆变器,分析介绍了其工作原理、各开关状态时的工作情况、副边占空比丢失和开关管ZVS的实现条件。
② 感应电能传输系统的控制电路以移相控制芯片UC3875为核心,利用电压负反馈实现所要求的外特性,控制电路中还设计了驱动电路和保护电路。此外,设计了系统主电路的耦合装置,选取了滤波电感、滤波电容、整流桥和主开关管,完成了系统主电路的设计。
③ 为了设计控制系统中补偿器的参数,利用电路平均、平均开关建模和状态空间平均相结合的方法推导出了系统的低频小信号数学模型,进而利用控制理论中的频域分析法设计了系统的补偿网络,即补偿器的参数。根据加入补偿网络后的开环传递函数,利用Matlab仿真软件对其进行频域仿真。分析结果证明:电源系统可以稳定工作。
④ 利用仿真软件Saber进行电路时域仿真,制作、调试了一套感应电能传输系统的硬件电路,进行电路实验,测量了相关波形。仿真和实验结果均表明:所设计的感应电能传输系统实现了非接触式能量传输,开关管实现了ZVS,输出波形稳定可靠。