论文部分内容阅读
感应耦合电能传输(Inductively Coupled Power Transfer,简称ICPT)技术以电磁感应原理为基础,实现电能的传输。由于能量发送端和能量接收端之间没有物理接触,因此ICPT技术在轨道交通、水下、矿井、生物医疗等特殊供电领域具有很大的优势。本文针对ICPT技术,进行了以下几个方面的研究:首先,研究了常规的ICPT系统的基本原理和系统结构以及常用的电压型逆变器和电流型逆变器,分析了松耦合变压器的互感模型和漏感模型,介绍了四种基于LC谐振的双边补偿拓扑,并对这四种拓扑的参数设置方法、补偿特性以及频率分裂现象进行了分析。分析结果表明,传统的LC型ICPT系统在为频繁变动的负载以及多个负载供电时具有一定的缺陷。其次,对LCL谐振变换器的恒流输出特性、谐振频率负载无关性、单位功率因数输入特性和低通滤波特性进行了分析。研究了基于LCL谐振补偿的ICPT系统的拓扑结构和等效模型,并对LCL型ICPT系统的参数设置方法和工作特性进行了分析。此外,通过仿真验证了理论分析的正确性。分析结果表明,LCL型ICPT系统的这些特点使得其在中小功率等级的负载频繁变动和多负载供电领域具有很大的优势。再次,研究了基于LCL并联谐振补偿的ICPT系统的拓扑结构和数学模型,分析了系统在参数一致、逆变桥输出电压幅值不平衡、逆变桥输出电压相位不平衡以及谐振电感不平衡四种状态下的模块间逆变桥输出电流、有功功率、无功功率的分布情况以及原边电流的变化情况,分析结果表明,并联系统对参数不平衡引发的逆变桥输出电流、有功功率和无功功率分布不均匀具有很强的抑制作用。此外,为了对原边电流进行控制,研究了用于并联系统的移相控制方法。最后,设计并搭建了两模块LCL并联型ICPT系统的实验电路,并对系统在参数平衡、逆变桥输出电压幅值不平衡、逆变桥输出电压相位不平衡三种状态下的工作特性进行了实验验证。