【作 者】柳林

【摘 要】【摘要】 为解决电气接触部分容易产生火花、积碳、磨损及接触不良等问题,无线电能传输技术应运而生,在众多无线电能传输技术中其中目前最为普遍也相对较为成熟的就是感应电能传输(Inductive Power Transfer,简称IPT)技术。在IPT系统设计时,原边谐振补偿环节需要将逆变环节输出的电压与电流补偿至同相状态,以实现软开关工作模式,减小开关损耗和EMI值。在对于IPT系统的研究中,我们发现系统参数的变化会给系统带来一些奇异现象,最常见的现象就是软开关频率分岔,并由此带来了系统的功率传输能力降低、工作状态不稳定甚至完全无法正常工作等问题,给系统的分析、设计与实现造成了很大的障碍。因此研究IPT系统软开关工作点频率分岔的机理和对分岔的控制方法,有助于我们了解IPT系统,更好地设计和控制IPT系统。本文以全桥结构的感应电能传输系统为研究对象,针对定频的工作方式提出一种基于频率特性的参数优化策略;针对浮频控制,提出一种基于定频扰动的分岔控制的策略,本文主要研究内容有:①分析和对比了传统交流阻抗建模和频闪映射建模的区别;采用频闪映射建模方法与周期不动点理论,对IPT系统建立精确的数学模型,基于该模型分析系统负载和耦合系数变化条件下的软开关频率特性和系统的状态、效率及功率等特性。并对IPT系统4种典型拓扑在负载和谐振频率变化条件下的软开关频率和状态的特性进行了定性的分析和总结。②分别基于交流阻抗分析法和频闪映射建模分析法,分析了IPT系统软开关工作频率、原边谐振电流、负载输出电压与负载的关系;研究基于交流阻抗分析法的参数优化在频率控制中存在的问题;提出一种新的参数优化方法解决了频率稳定性和分岔区工作的问题,能实现系统工作频率的近似恒定。③基于非线性动力学在相平面对频率分岔以及对应的极限环吸引子和吸引域进行了分析;基于Floquet定理分析了IPT系统多谐振软开关工作点自治振荡的稳定性;分析了定频扰动对系统频率分岔的作用并提出了一种基于定频扰动的输送控制策略,并通过仿真进行了验证;对比了基于定频扰动和基于延时扰动控制策略的异同点,并讨论了两种控制方法的等价性和统一性。 

【关键词】【关键词】 感应电能传输； 频率分岔； 频闪映射； 参数优化； 分岔控制；

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