基于等效负载跟踪的旋转磁场耦合式 WPT系统最大效率控制方法
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TH162 TM724

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国家自然科学基金项目 ( 52207004)、 重庆市自然科学基 金 项 目 ( cstc2021jcyj-msxmX0406)、 重 庆 市 研 究 生 科 研 创 新 项 目 (CYS240702)资助


Method of maximum efficiency control based on equivalent load tracking in WPT system with rotating magnetic field
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    摘要:

    针对旋转磁场耦合式无线电能传输(WPT)系统在负载和耦合线圈互感变化条件下的最大效率和恒压输出需求,本文 提出了一种基于等效负载跟踪的最大效率控制方法。 首先,构建了以双层正交 DD(DQDD)线圈为发射机构,交叉偶极式(CD) 线圈为接收机构的旋转耦合式 WPT 系统;继而在考虑交叉耦合及线圈内阻的情况下进行了双能道 LCC-S 型 WPT 系统的谐振 参数配置,推导了系统传输功率和效率的表达式。 然后,引入复合控制方法,在直流输入端采用 Buck 电路来调节系统输出电 压,在输出负载端采用 Buck-Boost 升降压电路实现阻抗匹配。 最后,通过仿真与实验验证了所推导的回路电流、输入输出功率 以及效率表达式的准确性,验证了计及耦合环流的谐振元件参数配置条件的可行性。 结果证明了互感辨识结果的准确性,系统 可以实现最大效率跟踪及恒压输出,传输效率可以保持在 90% 以上。

    Abstract:

    Aiming at the control requirements of maximum efficiency and constant voltage output of dual-channel wireless power transfer ( WPT) system under load and mutual inductance variation, a maximum efficiency control method based on equivalent load tracking is proposed in this paper. First, a rotary-coupled WPT system with a double-layer quadrature DD ( DQDD) coil as the transmitting mechanism and a crossed dipole (CD) coil as the receiving mechanism is constructed. Subsequently, the parameter configurations of the LCC-S network in dual-channel WPT system are carried out considering the cross-coupling and the internal resistance of the coil, and the expressions for the transmission power and efficiency of the system are derived. Then, a composite control method is introduced to regulate the output voltage of the system by using a Buck circuit at the DC input, while a Buck-Boost circuit is applied at the output load to achieve impedance matching. Finally, simulations and experiments validate the accuracy of the derived expressions for loop current, input / output power, and efficiency, as well as the feasibility of the resonance component configuration when accounting for coupling circulating currents. The results demonstrate the accuracy of the mutual inductance identification results, showing that the system can realize the maximum efficiency tracking and constant voltage output, with the transmission efficiency maintained above 90% .

    参考文献
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    引证文献
引用本文

谢诗云,吴 莲,李 津,黄 杰,李 恋.基于等效负载跟踪的旋转磁场耦合式 WPT系统最大效率控制方法[J].仪器仪表学报,2024,45(10):110-122

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  • 在线发布日期: 2025-01-03
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