【SS拓扑】基于移相控制的磁耦合谐振无线电能传输系统仿真（Simulink仿真实现）

   💥💥💞💞欢迎来到本博客❤️❤️💥💥

🏆博主优势：🌞🌞🌞博客内容尽量做到思维缜密，逻辑清晰，为了方便读者。

⛳️座右铭：行百里者，半于九十。

📋📋📋本文内容如下：🎁🎁🎁

 ⛳️赠与读者

👨‍💻做科研，涉及到一个深在的思想系统，需要科研者逻辑缜密，踏实认真，但是不能只是努力，很多时候借力比努力更重要，然后还要有仰望星空的创新点和启发点。建议读者按目录次序逐一浏览，免得骤然跌入幽暗的迷宫找不到来时的路，它不足为你揭示全部问题的答案，但若能解答你胸中升起的一朵朵疑云，也未尝不会酿成晚霞斑斓的别一番景致，万一它给你带来了一场精神世界的苦雨，那就借机洗刷一下原来存放在那儿的“躺平”上的尘埃吧。

     或许，雨过云收，神驰的天地更清朗.......🔎🔎🔎

💥1 概述

基于移相控制的SS拓扑磁耦合谐振无线电能传输系统仿真研究

一、研究背景与意义

磁耦合谐振式无线电能传输（Magnetically-Coupled Resonant Wireless Power Transfer, MCR-WPT）技术作为一种新兴的电能传输方式，具有传输距离远、传输效率高、方向性要求不严格等优点，在电动汽车、移动设备、智能家居等领域具有广泛的应用前景。其中，串联-串联（SS）拓扑结构因其结构简单、谐振频率稳定、易于实现恒压输出等特点，成为研究热点之一。然而，在实际应用中，负载变化、线圈参数失配等因素会导致系统输出电压不稳定，影响设备正常运行。因此，研究基于移相控制的SS拓扑磁耦合谐振无线电能传输系统，对于提高系统稳定性和效率具有重要意义。

二、系统架构与工作原理

2.1 系统架构

基于移相控制的SS拓扑磁耦合谐振无线电能传输系统主要由发射端和接收端两部分组成：

• 发射端：包括直流电源、高频逆变器、发射谐振器（由发射线圈和补偿电容串联组成）。
• 接收端：包括接收谐振器（由接收线圈和补偿电容串联组成）、整流电路、负载。

2.2 工作原理

系统工作时，直流电源通过高频逆变器转换为高频交流电，驱动发射谐振器产生交变磁场。接收谐振器通过磁耦合谐振从交变磁场中获取能量，并转换为高频交流电，再经整流电路转换为直流电供给负载。移相控制通过调节逆变器中开关管的驱动信号相位差，控制发射端输出电压的相位和幅值，进而调节接收端输出电压，实现恒压输出。

三、移相控制策略

3.1 负载估算

在系统运行过程中，首先对负载进行估算。通过测量发射端电压、电流以及线圈互感等参数，利用反射阻抗理论或正交变换算法，估算出负载等效电阻值。

3.2 移相角计算

根据负载估算值，利用电压电流双PI控制算法计算出所需的移相角。PI控制器通过比较设定输出电压与实际输出电压的差值，调节移相角，使输出电压稳定在设定值。

3.3 开关管控制

根据计算出的移相角，生成相应的驱动信号，控制逆变器中开关管的导通和关断，实现移相控制。通过调节移相角，可以改变发射端输出电压的相位和幅值，进而调节接收端输出电压。

四、系统仿真与结果分析

4.1 仿真模型建立

利用MATLAB/Simulink软件搭建基于SS拓扑的磁耦合谐振无线电能传输系统仿真模型。模型包括直流电源、高频逆变器、发射谐振器、接收谐振器、整流电路和负载等部分。其中，高频逆变器采用H桥结构，发射端和接收端谐振器均采用串联补偿方式。

4.2 仿真参数设置

根据实际应用需求，设置系统仿真参数如下：

• 输入电压：15V
• 谐振频率：100kHz
• 发射线圈自感：23.49μH
• 接收线圈自感：23.49μH
• 发射线圈内阻：0.603Ω
• 接收线圈内阻：0.603Ω
• 补偿电容：1.078nF
• 负载电阻：可变（5Ω-100Ω）

4.3 仿真结果分析

4.3.1 输出电压稳定性

在不同负载条件下，通过移相控制策略调节输出电压，使输出电压稳定在设定值（如28V）。仿真结果表明，在负载电阻从5Ω变化到100Ω的过程中，输出电压波动小于±1%，满足恒压输出要求。

4.3.2 传输效率

仿真分析了系统在不同负载条件下的传输效率。结果表明，在负载电阻为50Ω时，系统传输效率达到最大值（约85%）。随着负载电阻的增大或减小，传输效率均有所下降，但总体保持在较高水平。

4.3.3 动态响应特性

仿真测试了系统在负载突变时的动态响应特性。当负载电阻从50Ω突变为20Ω或100Ω时，系统输出电压能够在短时间内（小于10ms）恢复到设定值，表现出良好的动态响应能力。

五、系统优化与改进

5.1 线圈参数优化

通过ANSYS仿真软件对线圈参数进行优化设计，提高线圈耦合系数和品质因数，进一步提升系统传输效率和稳定性。

5.2 频率跟踪技术

引入频率跟踪技术，实时监测系统谐振频率变化，并通过调节变容二极管或逆变器开关频率，使系统始终工作在谐振状态，减少能量损耗。

5.3 多接收端设计

考虑采用双接收端或多接收端结构，通过合理的功率分配策略，提高系统整体传输效率和可靠性。

六、结论与展望

6.1 结论

本文研究了基于移相控制的SS拓扑磁耦合谐振无线电能传输系统，通过负载估算和移相控制策略实现了系统在不同负载条件下的恒压输出。仿真结果表明，该系统具有输出电压稳定、传输效率高、动态响应快等优点，为无线电能传输技术的实际应用提供了有力支持。

6.2 展望

未来研究可进一步探索以下方向：

• 电磁干扰抑制：研究电磁干扰产生机理及抑制方法，提高系统抗干扰能力。
• 环境适应性优化：考虑温度、湿度等环境因素对系统性能的影响，进行适应性优化设计。
• 制造成本控制：通过优化材料选择和制造工艺，降低系统制造成本，推动商业化应用。

📚2 运行结果

🎉3 参考文献 

文章中一些内容引自网络，会注明出处或引用为参考文献，难免有未尽之处，如有不妥，请随时联系删除。(文章内容仅供参考，具体效果以运行结果为准)

🌈4 Simulink仿真实现

资料获取，更多粉丝福利，MATLAB|Simulink|Python资源获取