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磁耦合谐振式无线充电系统副边控制技术研究
| 论文题名： | 磁耦合谐振式无线充电系统副边控制技术研究 |
| 关键词： | 电动汽车;无线充电;磁耦合谐振;副边控制;磁芯结构 |
| 摘要： | 近年来，在政府政策与市场需求的激励下，电动汽车的数量正不断增大，但当前有线充电设施存在的可操作性差、安全性低、占地面积大等问题，限制了电动汽车的发展前景。无线充电技术基于无线电能传输理论，通过感应耦合、磁耦合谐振等方式对电动汽车进行非接触充电，具有密封性好、安全性高等优势，具有广阔的应用前景。但是在整体效率、传输距离、偏移能力、控制速度与稳定性等问题上，无线充电技术还有待进一步研究与完善。 本文主要研究磁耦合谐振式电动汽车无线充电系统的副边控制技术，在无线电能传输技术的理论基础上，对无线充电系统的各个环节进行分析与优化，设计一套副边控制的电动汽车无线充电系统。 本文首先从磁耦合谐振式无线电能传输系统的谐振拓扑出发，分析了使用串-串型谐振拓扑的合理性，利用互感耦合模型和电路方程求解了串-串型谐振拓扑的谐振特性，得出了提高谐振拓扑效率的参数设计方法；分析了谐振元件参数变化对谐振拓扑工作特性的影响，得出了谐振拓扑实际制作的精度要求。 接着，本文设计了螺线管型磁耦合机构，建立磁路模型分析了螺线管型磁耦合机构耦合能力的影响因素，设计了分散绕线结构以提高耦合系数和平滑磁磁芯内部磁通密度分布；对副边磁芯结构进行了优化设计，减小了副边磁芯用量，并保证了一定的耦合性能，提高了副边磁芯的利用率。 然后，本文研究了基于半控整流电路的简化环节的副边充电电路，基于小信号模型理论计算了副边充电电路输出电流的动态控制特性；建立了副边充电电路的闭环控制环路，设计了合适的补偿环节，完成了基于FPGA的数字PWM控制器设计；利用PLECS仿真软件对整个无线充电系统进行了充电控制仿真，对谐振拓扑导致的控制环路稳定性问题进行了分析，以此对控制环路进行了优化设计。 最后，在已有逆变源的基础上，设计制作了谐振拓扑、磁耦合机构和副边充电电路，完成了无线充电系统实验平台，进行了相关的特性实验，实验结果与理论基本相符。在15c m的传输距离下对24V锂电池以5A电流进行充电，在忽略逆变源效率的情况下，系统总效率为84.5%，且在一定水平偏移距离下能保持高效工作。该系统能在3 ms内完成充电控制响应，期间无超调与振荡。 |
| 作者： | 赵梵丹 |
| 专业： | 仪器科学与技术 |
| 导师： | 朱春波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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