无线电能传输系统谐振频率跟踪方法与实验系统研究

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磁耦合谐振式无线电能传输技术作为一种新兴的电能传输技术具有广泛的应用前景,其不仅传输距离能达到米级范围,而且还能穿透障碍物。它克服了传统电能传输中的诸多不足,开创了能量传输的新方法,具有重要的科学意义和研究价值。  在无线电能传输过程中,由于系统线圈传输距离变化(过耦合状态下)使谐振频率发生分裂,从而导致传输系统功率大幅下降。因此,为了解决系统频率分裂引起的系统负载接收功率下降的问题,本文采用对无线电能传输系统频率跟踪控制的方法,即通过检测负载功率来对系统信号源频率进行调节。首先对系统分裂状态进行拟合作为算法适应度函数,并对数据拟合进行可靠性分析。之后提出并研究了三种算法的改进,并通过matlab仿真来验证算法。最后通过结合无线通信装置Zigbee,利用植入DSP的改进算法控制发射功率源频率同步跟踪系统谐振频率,从而提高过耦合工作状态下负载端接收功率。  本文通过对磁耦合谐振式无线电能传输原理的分析,设计搭建了磁耦合谐振式无线电能传输实验平台,其主要包括DDS信号发生器、宽带线性放大器、发射线圈、接收线圈和整流电路。在此基础上,针对无线电能传输系统在干扰因素下,谐振频率改变导致系统负载接收功率下降问题,设计了频率跟踪控制系统。该系统包括DSP控制系统、Zigbee无线收发模块和功率检测模块。  最后,对频率跟踪控制系统,在未加入频率跟踪和加入手动频率跟踪,以及没有频率跟踪情况下,进行了对比实验研究。进而对磁耦合谐振式无线电能传输系统进行频率跟踪控制的实时性、可靠性进行验证:加入频率跟踪的无线电能传输系统,通过对系统源频率的实时调节,能极大的降低干扰因素对系统的影响,保证了系统以最大功率传输。因而进一步丰富了无线电能传输技术的理论研究,促进了实用产品的开发。
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