Analysis of small-signal dynamics in inductive power transfer systems
Master thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/2627504Utgivelsesdato
2019Metadata
Vis full innførselSamlinger
Beskrivelse
Full text not available
Sammendrag
Dette er en masteroppgave om trådløs ladning av elbil, hvor den sentrale delen handler om hvordan kontrollere ladeprosessen. Denne oppgaven er et sluttprodukt av 5 år studie ved institutt for teknisk kybernetikk ved Norges Teknisk-Naturvitenskaplige Universitet (NTNU).
Trådløs ladning har de siste årene tatt av for små elektronikk, for eksempel mobiler. Det er systemer med små strømmer og spenninger. Ved ladning av batteriet til en elbil, spenningen er signifikant høyere.
Det er tatt utgangspunkt i en matematisk modell for trådløs overføring av effekt, og utvidet denne modellen med en konverter for å kunne kontrollere spenning eller strøm. Modellen for den trådløse overføringen består av en spenningskilde inn, kompenserende kondensator og overføringsspolen på sendersiden. På mottakersiden er det en mottakerspole, kompenserende kondensator og en diodebro for å rette vekselspenningen.
To forskjellige konvertere er modellert, med til sammen tre forskjellige kontrollstrategier. Den utvidede modellen er skrevet på tilstandsromformat, og så linearisert for å kunne analyseres med bruk av lineære teorier.
Systemmatrisene som er et resultat fra lineariseringen, har blitt analysert ved å se på egenverdiene. For hver egenverdi har det blitt sett på hvilke tilstander er med på å påvirke denne egenverdien, og hvilke av parameterne i systemet egenverdien er sensitiv ovenfor.
Det blir konkludert med at en kontrollstrategi med to kontrollere i kaskade gir redusert oscillasjoner i systemet. Det små forskjell når det kommer til parameter sensitiviteten eller participation factoren for de to første casene. Systemet er sensitivt ovenfor vinkelfrekvensen og konverterkapasitansen.
For den siste caset er konklusjonen at sensitiviteten til kontrollkoeffisienten er stor at bytte av referanse fra strøm til spenning inn over kondensator fører til tap av direkte kontroll av ladestrømmen. Wireless charging has in recent years taken off for small electronics, such as mobiles. There are systems with small currents and voltages. When charging the battery to an electric car, the voltage is significantly higher. This makes the system requirements different, and only a few systems are available today.
The work is based on a mathematical model for wireless transmission of power, and the focus is on this model and extending it with a converter to control voltage or current on the receiving side. The model of the wireless transmission consists of a voltage source, compensating capacitor and the transmission coil on the transmitter side. On the receiving side, there is a receiver coil, compensating capacitor and a diode bridge to rectify to DC voltage. The DC voltage is to be controlled by a DC-DC converter.
Two different converters are modelled, a boost converter and a buck converter. Two different control strategies are investigated for control of the boost converter, and one control strategy for the buck converter. For the boost converter, the first case is to use one controller to control the battery charging current. The second case is to use two controllers in a cascaded system to control both the battery charging current and the current in the converter inductance. For the buck converter, the control strategy is two controllers in cascade, with voltage over the converter capacitance as a reference and with control of the converter inductance. There is a total of three different control strategies. The model is written on state space format and then linearized to be analysed using linear theories.
The system matrices, the result from linearization, have been analysed by looking at eigenvalues. For each eigenvalue, it has been seen which states help to influence this eigenvalue, and which of the parameters in the system the eigenvalue is sensitive to.
There is no significant difference between the first two cases when it comes to the parameter sensitivity or the participation factor. The system is sensitive to the angular frequency and the converter capacitance. When it comes to the last case, there is a sensitivity to the entire system to the propositional control coefficient in the inductor current controller.
The change of reference from the battery current to the voltage over the capacitance reduces the control of the charging current from directly controlling the current to indirect control. The conclusion is that a control strategy with two cascade controllers gives reduced oscillations in the system.