应用于感性负载的厨房电器无线供电模块研制

摘要

无线电能传输（WirelessPower Transfer）因其特殊的能量传输方式正获得越来越多的关注，特别是在生物科学、交通运输以及个人终端等方向表现出了蓬勃地发展势头与潜力。本文主要针对感性厨房家电负载无线供电进行研究，主要分析厨房家电所常使用的串励电机负载对无线电能传输系统的影响，并根据系统的工作方式对系统的控制方式进行分析，最后设计并实现无线供电模块。
　　首先，对系统的基本原理及负载的基本特性进行理论分析。通过对不同拓扑电路的分析选择合适的补偿结构，并推导出发射端直流母线电压，工作频率以及逆变器占空比对发射端回路电流的影响，以及接收端恒定输出控制方式进行讨论。最后从公式推导得出频率分叉产生的原因及如何避免该现象。
　　其次，分析了串励电机的基本原理并通过公式推导出电机的基本特性，利用有限元分析方法讨论其从启动到停止过程进行分析、参数化求解不同转速下、不同负载下的主电抗，再对不同工作状态（包括带载、空载启动、带载额定工况、过载10％工况）下的电压电流、铁损、铜损、转矩、反电动势等参数进行分析仿真。最后，在讨论串励电机负载对无线供电系统的影响，主要分析在不同负载下其表现的反映阻抗的变化情况，为后续章节的闭环控制提供理论支持。
　　主要对以榨汁机为负载的无线供电系统控制部分以及软硬件部分作出介绍。在接收端考虑加入控制电路，不仅保证榨汁机负载的正常工作，在耦合系数发生变化时还有具有一定的适应能力，又考虑到无线供电系统需要更小的体积等因素，在这里我们采用棒棒控制的方式对接收端进行控制。对于发射端由于我们传输方式采用的是串串耦合结构，在负载突然断开或移动时，发射端回路会出现过流的现象，这里我们采用发射端控制电流的方式。最后，结合理论分析，搭建一套接收端线圈半径为8cm、发射端半径为10cm、功率为100W、传输距离为2cm、传输效率为86.6%的榨汁机无线供电系统，并对系统的传输特性进行实验分析。

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第1章 绪 论

1.1引言

1.2课题背景及意义

1.3无线电能传输技术研究现状

1.4本文的研究内容

第2章 串励电机负载建模及电路/磁路联合仿真分析

2.1引言

2.2串励电机原理及特点

2.3串励电动机模型分析

2.4串励电机的有限元分析

2.5串励电机在系统中特性分析

2.6本章小结

第3章 无线供电系统控制方法研究

3.1引言

3.2接收端闭环控制

3.3发射端闭环控制

3.4本章小结

第4章 适用于串励电机负载的厨房电器无线供电系统设计

4.1引言

4.2系统整体设计

4.3磁耦合机构设计

4.4硬件电路设计

4.5软件程序设计

4.6本章小结

第5章 系统设计及实验分析

5.1引言

5.2系统整体示意图及功能说明

5.3系统闭环试验

5.4本章小结

结论

参考文献

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