无线能量传输系统的功率因数校正技术研究

发布时间：2017-09-03 11:28

  本文关键词：无线能量传输系统的功率因数校正技术研究

  更多相关文章： Double Boost 数字控制 电感补偿 磁耦合谐振 占空比预判 IGBT

【摘要】：本文主要研究MCR-WPT系统的功率因数校正技术,包括发射端的功率因数校正器设计和接收端的功率因数校正技术研究。提高发射端功率因数可以提高MCRWPT系统对电网电能的利用率,达到节能的目的,而且可以有效隔离MCR-WPT系统产生的高频噪声,防止它污染电网。提高接收端的功率因数可以提高对发射器的电能的利用率,直接可以降低发射器的成本,这对发射器中的高频功率放大器影响最为明显。在接收端,本文设计了一种改进的电能接收器,该接收器通过在传统接收器的基础上增加了一个电感元件来提高电能利用率。首先根据MCR-WPT系统电能传输的特点,建立了接收器的等效电路,然后分析了传统接收器的缺点,使用KVL推导新型接收器的临界电感值的计算公式,利用Multisim仿真工具分析了负载和电能频率对电能利用率特性曲线的影响,尤其是对临界工作点的影响。在临界工作点处,补偿电感可以明显提高接收器的电能利用率,仿真结果表明电感补偿接收器的电能利用率可以比传统接收器提高约58.2%,最后通过实验验证了理论分析和仿真结果的准确性。在发射端,本文设计了基于占空比预判控制的改进型D Boost APFC,实现功率因数校正控制的数字化。在拓扑结构方面,提出了一种改进型D Boost电路,相比传统D Boost电路,该电路用IGBT替代MOSFET,并增加了两个辅助二极管,该电路具有共模干扰小和电流检测简单的优点,对该电路进行了大信号分析和小信号分析,推导了该电路的精确功率级传递函数id(),并提出了简化功率传递函数,在高频区域,简化功率传递函数和精确功率传递函数吻合较好。在控制策略方面,提出了一种占空比预判控制算法,相比经典的平均电流控制算法,该算法具有电流响应速度快,对输入电压变动响应快和运算量小的优点,基于改进型D Boost电路的等效电路详细推导了该算法的计算公式。基于占空比预判算法和改进型D Boost电路设计了一台APFC变换器样机,该样机满负载输出时,功率因数达到0.996,工作效率达到93.2%。
【关键词】：Double Boost 数字控制 电感补偿 磁耦合谐振 占空比预判 IGBT
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 课题的研究背景及意义8-9
• 1.2 研究现状和发展趋势9-11
• 1.3 本文的主要工作和内容11-12
• 第二章 高电能利用率接收器的设计与实验测试12-19
• 2.1 传统接收器12-13
• 2.1.1 传统接收器的等效电路12-13
• 2.1.2 传统接收器的缺陷13
• 2.2 电感补偿接收器及其最佳工作点分析13-15
• 2.3 仿真和实验分析15-18
• 2.3.1 仿真分析15-16
• 2.3.2 实验分析16-18
• 2.4 本章小结18-19
• 第三章 Double Boost变换器的工作原理及优化19-28
• 3.1 传统Double Boost电路19-22
• 3.1.1 传统Double Boost电路的工作原理19-20
• 3.1.2 传统D Boost电路的缺陷20-22
• 3.2 改进型D Boost电路22-23
• 3.3 改进型D Boost电路的建模及分析23-27
• 3.3.1 改进型D Boost电路的大信号分析23-24
• 3.3.2 改进型D Boost电路的小信号建模24-27
• 3.4 本章小结27-28
• 第四章 基于DSP的数字控制策略分析28-36
• 4.1 平均电流控制算法的分析和数字化实现28-30
• 4.2 占空比预判控制算法的推导和数字化实现30-32
• 4.3 占空比预判控制算法和平均电流控制算法的比较32-33
• 4.4 数字PI调节器的设计33-34
• 4.5 本章小结34-36
• 第五章 数字APFC系统的设计与实验分析36-54
• 5.1 改进型D Boost电路主电路参数设计36-39
• 5.1.1 储能电感的设计37
• 5.1.2 输出电容的设计37-38
• 5.1.3 开关管和二极管的选型38-39
• 5.2 IGBT驱动电路设计39-40
• 5.3 采样电路设计40-45
• 5.4 EMI电路设计45-46
• 5.5 设计中DSP的使用46
• 5.6 控制系统的软件设计46-51
• 5.6.1 主程序设计46-47
• 5.6.2 A/D中断程序设计47-50
• 5.6.3 保护程序设计50
• 5.6.4 占空比饱和模块50-51
• 5.7 实验分析51-53
• 5.8 本章小结53-54
• 第六章 总结与展望54-55
• 6.1 总结54
• 6.2 展望54-55
• 参考文献55-58
• 附录1 部分子程序58-61
• 附录2 攻读硕士学位期间撰写的论文61-62
• 附录3 攻读硕士学位期间申请的专利62-63
• 附录4 攻读硕士学位期间参加的科研项目63-64
• 附录5 攻读硕士学位期间竞赛获奖64-65
• 致谢65

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