【摘 要】
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随着科技技术的不断进步,无线电能传输越来越受到电气工程领域的重视。感应耦合电能传输(Inductive Coupling Power Transfer,ICPT)系统作为一种大功率的无线电能传输方式克服了传统供电方式所存在的接触不良和漏电等弊端,也大大减少了电能传输方式的设备冗杂性和维修性。然而,在诸如轨道电路和车-地通信等特殊场合不仅需要电能的传输,还要求信号的实时传输。ICPT系统可以实现信号
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随着科技技术的不断进步,无线电能传输越来越受到电气工程领域的重视。感应耦合电能传输(Inductive Coupling Power Transfer,ICPT)系统作为一种大功率的无线电能传输方式克服了传统供电方式所存在的接触不良和漏电等弊端,也大大减少了电能传输方式的设备冗杂性和维修性。然而,在诸如轨道电路和车-地通信等特殊场合不仅需要电能的传输,还要求信号的实时传输。ICPT系统可以实现信号与电能并行传输,但信号传输电路引入后对ICPT系统电能传输效率产生的影响不可忽略,对信号与电能并行传输方法的研究具有重要的理论意义和现实意义。本文通过分析四种基本谐振拓扑结构和混联型谐振拓扑结构的不同,采用LCLP型ICPT系统作为信号与电能并行传输系统主电路,在原、副边增设耦合线实现信号的传输,确定了FSK调制解调方法,在MATLAB/Simulink软件环境下进行了仿真验证,并对不同噪声环境下的误码率做了进一步的研究。其次,为了验证其传输效果的有效性,在充分考虑了信号传输电路中信号耦合线圈对电能传输的影响后,分别在信号传输电路引入前、后对电能传输通道和信道进行数学建模,完成了频谱分析图和频域响应图的传输特性分析。最后,为了提高信号传输电路影响下的电能传输效率,在考虑信号传输电路对电能传输影响的基础上,基于PSO算法进行了并行传输ICPT系统谐振补偿参数优化设计,并对优化参数的结果在MATLAB/Simulink软件环境下进行了仿真验证以及优化前后并行传输系统的特性分析。理论分析和仿真验证表明信号传输电路的引入并未对电能传输造成大的影响,信号传输误码率在SNR≥-4时衡为零,满足并行传输各项要求;通过绘制BODE图和频谱分析图表明信号传输电路并未对电能传输特性造成影响;在考虑信号传输电路影响后的谐振参数优化可使电能传输效率达到82.53%,比同类型的信号传输方法高出5.52%,负载电压谐波畸变率比优化前降低了3.14%,基于MATLAB/Simulink软件环境下的仿真验证表明了谐振参数优化的有效性。
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