基于多電平及多拾取線圈的IPT系統(tǒng)功率提升技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)隨著電力電子技術(shù)的技術(shù)的發(fā)展，感應(yīng)電能傳輸(Inductive Power Transfer,IPT)技術(shù)在大功率應(yīng)用方面得到了長(zhǎng)足進(jìn)步，這使得IPT系統(tǒng)取代接觸網(wǎng)以非接觸的方式為軌道機(jī)車供電成為可能;由于軌道機(jī)車的額定功率達(dá)兆瓦，受功率半導(dǎo)體器件耐壓、耐流限制，使得IPT系統(tǒng)的功率容量難以滿足大功率軌道機(jī)車的需求，因此有必要優(yōu)化IPT系統(tǒng)的功率特性以滿足大功率負(fù)載的工作需求。
　　一般來(lái)說(shuō)，功率容量和工作效率是IPT系統(tǒng)兩

2、大關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。為提高IPT系統(tǒng)的功率容量，使得決定輸入功率的逆變器和和決定輸出功率的拾取機(jī)構(gòu)成為IPT系統(tǒng)的重點(diǎn)優(yōu)化對(duì)象。然而受半導(dǎo)體器件容量限制，傳統(tǒng)的基于單相全橋逆變器和單拾取線圈的IPT系統(tǒng)輸出功率很難滿足大功率負(fù)載需求。在現(xiàn)有半導(dǎo)體容量下，利用多電平逆變器和多拾取線圈成為提高IPT系統(tǒng)功率容量的一種快捷有效途徑。另外，由于IPT系統(tǒng)的最優(yōu)電阻會(huì)隨著機(jī)車運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的互感變化而改變，同時(shí)IPT系統(tǒng)的負(fù)載功率變化會(huì)改變其等效電阻，進(jìn)

3、而影響IPT系統(tǒng)的工作效率，因此有必要提出一種效率優(yōu)化方法以實(shí)現(xiàn)IPT系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效地為移動(dòng)負(fù)載供電。
　　(1)利用鉗位多電平逆變器的高耐壓特性，以提高輸入電壓的方式提高逆變器的功率容量。由于逆變器輸出電壓的低次諧波會(huì)影響IPT系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其工作效率，而逆變器輸出電壓的諧波含量直接與其控制信號(hào)的移相角以及脈寬有關(guān)，因此根據(jù)五電平逆變器輸出電壓的傅里葉級(jí)數(shù)表達(dá)式，建立各次諧波與移相角、脈寬之間的關(guān)系表達(dá)式，并結(jié)合移相控制技術(shù)控制五

4、電平逆變器輸出電壓的諧波含量，以此達(dá)到消除五電平逆變器輸出電壓中含量較高的三次、五次及其奇數(shù)倍次諧波的目的。
　　(2)利用多拾取線圈的并聯(lián)大電流特性，以增大輸出電流的方式來(lái)提高拾取機(jī)構(gòu)的輸出功率。拾取線圈間的互感會(huì)使IPT系統(tǒng)失諧，進(jìn)而降低IPT系統(tǒng)的功率容量和工作效率，各拾取線圈的輸出功率也會(huì)嚴(yán)重失衡。當(dāng)發(fā)射線圈與拾取線圈間互感相等時(shí)，各拾取線圈的感應(yīng)電壓相同，此時(shí)利用電容補(bǔ)償?shù)姆绞娇梢杂行叭【€圈間互感對(duì)IPT系統(tǒng)的影響

5、。當(dāng)發(fā)射線圈與拾取線圈間互感不相等時(shí)，各拾取線圈感應(yīng)電壓相同，此時(shí)通過(guò)控制拾取線圈的電流相等并結(jié)合電容補(bǔ)償?shù)姆绞娇梢韵叭【€圈間互感對(duì)IPT系統(tǒng)的影響。
　　(3)當(dāng)IPT系統(tǒng)為軌道機(jī)車等移動(dòng)負(fù)載供電時(shí)，IPT系統(tǒng)的最優(yōu)電阻會(huì)隨著機(jī)車運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的互感變化而改變;同時(shí)IPT系統(tǒng)的等效電阻會(huì)隨軌道機(jī)車加速、減速等不同工況下的功率需求變化而改變，同樣會(huì)影響IPT系統(tǒng)的工作效率。因此將基于擾動(dòng)觀察法的最優(yōu)電阻跟蹤技術(shù)來(lái)優(yōu)化IPT系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)