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基于Maxwell的参数优化及无线充电变频控制系统的设计与研究
| 论文题名： | 基于Maxwell的参数优化及无线充电变频控制系统的设计与研究 |
| 关键词： | 电动汽车;无线充电变频控制系统;优化设计;参数优化 |
| 摘要： | 近年来，具有节能、环保等优势的电动汽车深受人们的喜爱。如今其主要是通过导线连接的充电方式进行电能传输，该方式具有设备易老化的缺陷，且存在触电隐患。而无线充电的出现不仅有效地解决了以上问题，还解决了有线充电引起的插电火花和磨损等问题，具有非常广阔的发展空间和应用前景。通过Maxwell仿真软件对电磁耦合线圈进行参数优化，优化后的耦合线圈与双边LCC补偿拓扑结构相结合以实现无线充电系统的变频控制来保持系统相对较高的传输效率。 首先，以提高电磁耦合线圈的通用性和传输效率为目标，重点研究不同充电频率下，通过优化电磁耦合线圈关键参数，提出并设计了宽频率电磁耦合线圈。以电磁耦合线圈为核心机构的无线充电系统，其主要作用是负责能量的传输和接收，所以，耦合线圈的结构及其参数的优化设计将直接影响到无线充电系统的性能。通过Maxwell仿真软件建立耦合线圈模型，就有无磁芯、磁芯厚度、线圈内径、传输距离、线圈横向偏移以及频率偏移等因素对线圈模型进行优化。经参数优化后的电磁耦合线圈就具有了一定的抗偏移性和宽频性的特点，为接下来无线充电变频控制系统的设计提供了依据。 其次，提出了PFM+PI方案实现不同阶段的变频控制策略，提高充电效率。系统能量传输的方式是利用谐振原理，即通过两个传输线圈在同一谐振频率下的共振原理实现能量的传输。研究分析了双边LCC补偿拓扑结构的恒流恒压输出特性和电池的等效模型以及充电方式。对双边LCC补偿拓扑结构、宽频率电磁耦合线圈和变频控制策略组成的无线充电系统，在两段式充电模式中实现变频充电控制。通过仿真验证了对系统工作频率进行调节时，可实现由CC向CV充电模式的转变。 最后，就电动汽车无线充电系统的整体进行方案设计，包括主电路中的电磁耦合线圈和全桥逆变器等。同时也对以DSP为控制核心的控制电路进行了研究，其主要功能包括驱动、采样、调理以及保护等。通过搭建的实验平台对比分析，验证了设计的无线充电系统可以实现变频控制以达到较高传输效率的目标。 |
| 作者： | 顾加亭 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 孙运全 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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