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有轨电车无线电能传输系统谐振补偿器设计及效率优化研究
| 论文题名： | 有轨电车无线电能传输系统谐振补偿器设计及效率优化研究 |
| 关键词： | 有轨电车;无线电能传输系统;谐振补偿器;效率优化 |
| 摘要： | 现代有轨电车具有载客能力大、污染及能耗小、建设周期短、造价低的特点。为解决城市交通问题、建设现代化城市公共交通系统，现代有轨电车在我国部分城市中得到发展。无线电能传输(WPT)技术的兴起，为有轨电车提供了新的供电方式。本文开展了无线电能传输技术研究，使其更加适合间歇充电的超级电容储能式有轨电车，能量传输过程更加高效。 论文首先介绍了有轨电车无线电能传输系统的主电路结构和工作原理，包括逆变器、耦合线圈、谐振补偿以及二次侧电能变换部分，并对可行方案进行了比较分析，选择了合适的电路拓扑结构和建模方法，为后续的谐振补偿拓扑设计和效率优化方法提供了理论依据。 其次，本文重点讨论了谐振补偿拓扑的设计和效率优化策略。目前，无线电能传输系统中常用的补偿结构为SS补偿，这种补偿方式在级联buck电路时会存在二次侧直流母线电压随buck占空比变化的问题。为此，本文提出了一种适合有轨电车WPT系统的LCC补偿方式，该拓扑具有二次侧准恒压输出的特点，使得控制简化，电压增益也可以根据需要设计，而不必局限于线圈参数。本文对LCC补偿拓扑的参数设计方法进行了详细分析，给出了谐振补偿元件的设计公式，并介绍了基于品质因数的二次侧线圈自感参数设计方法，可保证整流桥切换导通时不出现电压、电流波形的振荡情况。之后推导出基于LCC补偿方式的系统效率表达式，分析了超级电容充电功率和互感变化对系统效率的影响。通过以上分析并结合有轨电车特点，给出了一种以最大效率为目标，以停车充电时间为限制条件的动态充电功率调整策略。仿真分析验证了上述优化策略的可行性。 最后，分别搭建了1kW和50kW两套无线电能传输实验平台。在1kW样机平台上验证了LCC谐振补偿拓扑参数设计的合理性、准恒压特性以及针对此拓扑的效率优化策略的正确性。对50kW平台的主电路和控制电路设计做了详细的介绍，并完成了部分实验验证。 |
| 作者： | 李彬 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 林飞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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