【摘要】：作為一個(gè)劃時(shí)代的技術(shù),無(wú)線電能傳輸(Wireless Power Transfer,WPT)以令人意想不到的無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)了能量的遷移,從而打破了以往有線電能傳輸?shù)募夹g(shù)瓶頸,受到研究者們廣泛關(guān)注。作為現(xiàn)階段WPT最主要的研究課題之一,感應(yīng)電能傳輸(Inductive Power Transfer,IPT)技術(shù)允許電能能夠通過(guò)具有相對(duì)大氣隙的磁場(chǎng)從電源非接觸地傳輸?shù)截?fù)載。基于這種原理,IPT技術(shù)具有降低導(dǎo)線使用成本以及提高電能傳輸安全性的優(yōu)點(diǎn)。近些年來(lái),IPT技術(shù)被應(yīng)用到越來(lái)越多的特殊領(lǐng)域,但系統(tǒng)的傳輸效率和傳輸距離問(wèn)題仍然影響著該技術(shù)的發(fā)展。所以,對(duì)于IPT系統(tǒng)的能效分析和參數(shù)優(yōu)化顯得格外重要。本文首先介紹了IPT系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理,并根據(jù)系統(tǒng)性能需求分別從逆變環(huán)節(jié)、諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)以及耦合線圈結(jié)構(gòu)這三個(gè)部分入手,對(duì)它們進(jìn)行選型和設(shè)計(jì)。為了簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu),選擇推挽式逆變電路為高頻逆變環(huán)節(jié)。并且考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性,選擇了SS型諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。同時(shí),為了確保系統(tǒng)在較大范圍內(nèi)進(jìn)行非接觸電能傳輸,對(duì)電磁耦合機(jī)構(gòu)的感應(yīng)線圈進(jìn)行分析,將平面螺旋繞組結(jié)構(gòu)與螺旋繞組結(jié)構(gòu)相結(jié)合,提出了一種改進(jìn)的線圈結(jié)構(gòu)作為接收線圈。通過(guò)與傳統(tǒng)線圈結(jié)構(gòu)的輸出功率和磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行比較,驗(yàn)證了所提出改進(jìn)線圈結(jié)構(gòu)的有效性。針對(duì)電能的傳輸效率問(wèn)題,本文通過(guò)理論分析對(duì)IPT系統(tǒng)的電磁耦合機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模,并且確定影響能效的主要系統(tǒng)參數(shù),將改善傳輸效率的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化參數(shù)問(wèn)題。具體而言,就是將傳輸效率的相關(guān)函數(shù)設(shè)為目標(biāo)函數(shù),并利用粒子群優(yōu)化算法(Particle Swarm Optimization,PSO),根據(jù)系統(tǒng)性能建立算法模型,來(lái)尋求相關(guān)參數(shù)的最優(yōu)解,確保在短時(shí)間內(nèi)找到主要系統(tǒng)參數(shù)最優(yōu)值,并且在一定的參數(shù)范圍內(nèi)達(dá)到改善傳輸效率的目的。與依靠經(jīng)驗(yàn)選擇系統(tǒng)參數(shù)的方法相比,文中所提出的方案能夠快速且精準(zhǔn)的找到最優(yōu)參數(shù)。利用仿真與實(shí)驗(yàn)分析了所提出優(yōu)化方案的合理性與可行性。在實(shí)際應(yīng)用中,由于IPT系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng),考慮到趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng),傳輸距離對(duì)系統(tǒng)的影響也應(yīng)納入到對(duì)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化的研究中。因此,進(jìn)一步將單目標(biāo)PSO算法,擴(kuò)展到基于多目標(biāo)PSO算法的系統(tǒng)參數(shù)尋優(yōu)問(wèn)題。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)傳輸距離的分析,改進(jìn)了基本的單目標(biāo)PSO算法,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)參數(shù)的多目標(biāo)PSO算法優(yōu)化。仿真結(jié)果顯示在一定的系統(tǒng)參數(shù)范圍內(nèi),對(duì)于同時(shí)將傳輸效率和傳輸距離設(shè)為目標(biāo)函數(shù)的情況,所使用的改進(jìn)多目標(biāo)PSO算法優(yōu)化方案能夠?qū)崿F(xiàn)尋求參數(shù)最優(yōu)解的目的。最后,總結(jié)了本文的主要研究?jī)?nèi)容,并展望了下一步的研究工作。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM724;TP301.6
【圖文】：

圖 1.1 基于無(wú)線電能傳輸技術(shù)的家電產(chǎn)品PT 技術(shù)的主要研究方向于 IPT 系統(tǒng)而言，進(jìn)一步改善電能的傳輸效率和傳輸距離仍然是需要題。目前，已經(jīng)有許多國(guó)內(nèi)外的研究者在提高傳輸效率和增加傳輸距的工作。 1.2 展示了電能沿著傳輸路徑在不同階段的效率，根據(jù)不同階段的效現(xiàn)有提高傳輸效率的方法分為三大類：耦合線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路拓?fù)鋮?shù)優(yōu)化。 耦合線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。想要確保 IPT 系統(tǒng)的能量高效傳輸，其中品質(zhì)因線圈的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。在文獻(xiàn)[26]中，通過(guò)將耦合線圈的軌道寬度比設(shè)及增加線圈的內(nèi)半徑來(lái)提高品質(zhì)因數(shù) Q。文獻(xiàn)[21]中，在 IPT 系統(tǒng)中的加一個(gè)中間線圈，這可以有效地增加對(duì)于在諧振頻率范圍內(nèi)初級(jí)側(cè)的從而有效地補(bǔ)償了耦合系數(shù)。在文獻(xiàn)[37]中，設(shè)計(jì)了立體結(jié)構(gòu)的感應(yīng)線

第一章 緒論參數(shù)方案，并通過(guò)仿真結(jié)果驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方案的有效性；在文獻(xiàn)[39]中，以最大傳輸功率和效率為目標(biāo)函數(shù)，提出用非線性單純體法和混沌混合法改進(jìn)遺傳算法來(lái)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)互感變化范圍很大時(shí)，它確保系統(tǒng)具有較高的輸出功率和效率。在文獻(xiàn)[40]中，將 IPT 系統(tǒng)的傳輸效率作為目標(biāo)，提出了一種結(jié)合遺傳算法和模式搜索的混合算法來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)。與激光、聲波、微波等能量傳輸類型相比，IPT 擁有高輸出功率的優(yōu)點(diǎn)。然而，對(duì)于較長(zhǎng)距離的應(yīng)用，IPT 系統(tǒng)還面臨著挑戰(zhàn)。由于耦合結(jié)構(gòu)足夠松散的影響，優(yōu)化耦合系數(shù)能夠改善傳輸范圍和距離。文獻(xiàn)[41]中提出一種基于偶極子線圈的 IPT 系統(tǒng)，其采用優(yōu)化的階梯式磁芯結(jié)構(gòu)來(lái)均勻分布磁場(chǎng)密度。實(shí)驗(yàn)原型可以在 20HZ 的頻率下提供 10.3W 的輸出功率，傳輸距離可達(dá) 7m。此外，由于變化傳輸距離會(huì)對(duì)諧振頻率造成影響，文獻(xiàn)[42]中提出了電容矩陣。即通過(guò)使用有限的電容來(lái)處理由變化的傳輸距離引起的頻率失配，從而提供預(yù)期的補(bǔ)償電容。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 譚林林;;無(wú)線電能傳輸技術(shù)與應(yīng)用[J];國(guó)際學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài);2015年06期

2 張濤;;基于超聲波的無(wú)線電能傳輸?shù)难芯縖J];山東工業(yè)技術(shù);2019年06期

3 張璇;;無(wú)線電能傳輸技術(shù)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用[J];數(shù)字通信世界;2018年05期

4 ;“無(wú)線電能傳輸技術(shù)”專題征稿啟事[J];廣東電力;2018年05期

5 姜瑞征;丁博文;韓倩;劉茜茜;;無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的研究[J];內(nèi)燃機(jī)與配件;2018年16期

6 廉世杰;;無(wú)線電能傳輸發(fā)展動(dòng)態(tài)及新趨向[J];數(shù)字通信世界;2018年09期

7 陶治禮;;微波無(wú)線電能傳輸與通信系統(tǒng)的研究探討[J];現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化;2016年24期

8 黃潤(rùn)鴻;張波;朱U

本文編號(hào)：2741666