电负载系统设计论文提纲

论文题目：LCC-S型多负载动态无线供电系统的研究

摘要：随着科技的发展和市场的需求,无线电能传输技术（Wireless Power Transmission,WPT）以其方便快捷、环境适应能力强等优点受到社会各界的广泛关注。WPT技术发展至今,逐渐从静态（Static WPT,SWPT）转向动态（Dynamic WPT,DWPT）发展。目前对于DWPT系统的研究主要集中在单负载轨道式无线供电系统,如城市轨道交通、物流、矿井供电、电动汽车等。在实际应用中,系统难免会存在多个负载同时取电的情况,因此对多负载系统的研究是非常有必要的。本文首先依据现有相关文献,总结了多负载动态无线供电系统稳定运行的两个条件。其一,轨道线圈电流应保持不变,从而为在该轨道上运行的负载提供稳定的电磁环境;其二,原边系统及各负载的输出电压应保持稳定,且各负载之间互不影响。本文将始终以这两个条件为核心对多负载系统展开研究。本文从多负载系统的电路结构出发,分析并比较四种基本谐振补偿结构和复合式谐振补偿结构的特点。分别建立了 LCC-S（Inductance-Capacitor-Capacitor-Series）型和SS（Series-Series）型多负载无线供电系统的等效电路模型,经过对轨道电流等参数的对比分析,依据稳定条件一选择LCC-S型谐振补偿结构作为本系统的电路结构。利用MATLAB等仿真分析了该电路的恒流恒压特性及线圈内阻对该特性的影响,并对传输功率和效率与负载数量和耦合系数之间的关系进行了研究。为提高系统的传输功率及效率,对原边LCC型谐振补偿结构中串联补偿电感Lf的取值进行了仿真优化。根据轨道传输耦合系数低的特点,分别对接收端磁芯结构及轨道线圈进行了优化,首先对适用于不同场合的接收端磁芯结构进行了磁场仿真,并采用扁E型磁芯结构作为本系统中各负载接收线圈的磁芯结构。其次对轨道线圈无磁芯和有磁芯两种方式下的磁耦合机构进行磁场仿真,并根据效率与耦合系数和负载数量的关系,对不同规模及要求的系统选择不同的轨道线圈磁芯结构。本文对多负载系统中存在的动态过程进行分类讨论,研究了在负载切换轨道过程中及多个负载同时启动过程对各负载输出电压变化,以及动态变化过程中同轨道上不同负载之间的相互影响。对于负载输出电压的波动,本文分别设计了基于PI控制的和基于滑模控制的稳压控制器,并通过仿真验证了两种控制方法的动态性能及稳态性能,并提高了接收端各负载之间的相互独立性。在上述理论及仿真分析的基础上,建立了含有六个负载的多负载动态无线供电系统实验平台。通过实验观察上述动态过程及各种轨道磁芯结构下负载的输出特性,并验证了串联补偿电感取值正确性及PI控制系统的可行性。

关键词：LCC-S;多负载;动态无线供电;动态过程;稳压控制

学科专业：电气工程（专业学位）

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 无线供电技术研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 存在的不足

1.3 本文的主要研究内容

1.4 本章小结

第2章 无线供电系统理论及仿真分析

2.1 引言

2.2 多负载动态无线供电系统

2.3 谐振补偿结构的选择

2.4 LCC-S型多负载无线供电系统的特性分析

2.4.1 LCC-S型补偿电路的原边恒流特性

2.4.2 LCC-S型补偿电路的恒压特性

2.4.3 LCC-S型补偿电路的功率和效率

2.5 本章小结

第3章 多负载无线供电系统的优化设计

3.1 引言

3.2 LCC-S型补偿电路的参数优化

3.3 接收端耦合机构的优化及选择

3.4 发射端耦合机构的优化及选择

3.4.1 轨道无磁芯

3.4.2 轨道下方铺设磁芯

3.4.3 轨道磁芯的选择

3.5 本章小结

第4章 多负载动态无线供电系统的动态分析及稳压控制

4.1 引言

4.2 动态过程

4.2.1 负载轨道切换过程分析

4.2.2 多负载启动过程分析

4.3 多负载系统的稳压控制

4.3.1 常见的稳压控制策略

4.3.2 基于PID控制的无线供电系统

4.3.3 基于滑模控制控制的多负载无线供电系统

4.4 本章小结

第5章 多负载动态无线供电系统实验分析

5.1 引言

5.2 多负载无线供电系统的实验平台

5.3 单负载系统实验

5.3.1 输出电压特性实验

5.3.2 L_f取值范围优化实验

5.4 轨道线圈磁芯实验

5.5 负载轨道切换实验

5.6 多负载实验

5.7 控制系统及实验验证

5.8 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 未来工作展望

参考文献

致谢