非接觸電能傳輸系統(tǒng)軟開關(guān)工作點(diǎn)研究及應(yīng)用.pdf

1、非接觸電能傳輸(CPT)技術(shù)是一種新興的基于電磁感應(yīng)原理，綜合利用電力電子技術(shù)、磁場(chǎng)耦合技術(shù)及控制理論，實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備以非電氣接觸方式從電網(wǎng)獲取電能的技術(shù)，具有安全、便捷、易維護(hù)、可靠性高及環(huán)境親和力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
　　 在CPT系統(tǒng)中，由于原副邊的松耦合特性，通常采用諧振的方式提高傳輸功率，因此軟開關(guān)諧振變換電路也就成為CPT系統(tǒng)的常見主電路形式。在設(shè)計(jì)和分析CPT系統(tǒng)時(shí)，選定參數(shù)下，系統(tǒng)軟開關(guān)工作點(diǎn)及其穩(wěn)態(tài)特性是設(shè)計(jì)人員最為關(guān)心的

2、問題。但是通過文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前尚無一種系統(tǒng)的方法可以快速確定系統(tǒng)所有可能的軟開關(guān)工作點(diǎn)的周期及穩(wěn)態(tài)響應(yīng)波形，人們只能通過繁瑣的數(shù)值運(yùn)算去找尋可能的軟開關(guān)工作點(diǎn)，或者借助仿真軟件對(duì)系統(tǒng)反復(fù)進(jìn)行仿真分析，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。
　　 本文針對(duì)CPT系統(tǒng)的軟開關(guān)工作點(diǎn)分析問題，旨在提出一種可適用于一般負(fù)載諧振變換器軟開關(guān)工作點(diǎn)的周期及穩(wěn)態(tài)波形分析方法，并將該方法應(yīng)用到實(shí)際CPT系統(tǒng)的分析與研究中。
　　 在研究過程中，作者主要作了以

3、下工作：
　　 1.提出了一種軟開關(guān)工作點(diǎn)精確計(jì)算方法基于頻閃映射方法及不動(dòng)點(diǎn)理論建立了可分段線性化的自治振蕩非線性系統(tǒng)的通用頻閃映射模型。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)CPT系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的電壓型及電流型負(fù)載諧振變換器，分別建立了它們的周期不動(dòng)點(diǎn)函數(shù)模型及軟開關(guān)邊界條件表達(dá)式，推導(dǎo)出了確定負(fù)載諧振變換器的軟開關(guān)工作點(diǎn)周期及穩(wěn)態(tài)波形的解析函數(shù)表達(dá)式，總結(jié)了軟開關(guān)工作點(diǎn)計(jì)算方法的步驟及特點(diǎn)。并以LCR串聯(lián)諧振電路為例，分析了系統(tǒng)軟開關(guān)工作點(diǎn)的周

4、期不動(dòng)點(diǎn)函數(shù)曲線與系統(tǒng)參數(shù)間的內(nèi)在聯(lián)系。
　　 2.分析了CPT系統(tǒng)多軟開關(guān)工作點(diǎn)特性以LCL型CPT系統(tǒng)為例，應(yīng)用本文提出的負(fù)載諧振電路軟開關(guān)工作點(diǎn)精確計(jì)算方法確定了其軟開關(guān)工作點(diǎn)，并詳細(xì)分析了各軟開關(guān)工作點(diǎn)的特性及參數(shù)變化對(duì)軟開關(guān)工作點(diǎn)個(gè)數(shù)的影響，仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論結(jié)果及分析方法的正確性。通過對(duì)原副邊諧振電壓電流波形特性的討論，發(fā)現(xiàn)了多軟開關(guān)工作點(diǎn)下的一些有趣現(xiàn)象及其潛在應(yīng)用價(jià)值，如系統(tǒng)的次諧波振蕩可為低頻開關(guān)實(shí)現(xiàn)高頻

5、振蕩提供有效的解決途徑，而多軟開關(guān)工作點(diǎn)的功率傳輸特性差異則可能被用來設(shè)計(jì)一種新的功率調(diào)節(jié)器。
　　 3.研究了CPT系統(tǒng)諧振點(diǎn)(一種特殊軟開關(guān)工作點(diǎn))及其穩(wěn)定性問題以推拉式CPT系統(tǒng)為例分析了CPT系統(tǒng)多諧振點(diǎn)及其自治振蕩穩(wěn)定性問題。文中給出了CPT系統(tǒng)中諧振點(diǎn)的定義及判斷條件，建立了系統(tǒng)的龐加萊映射模型，并根據(jù)隱函數(shù)及復(fù)合函數(shù)求導(dǎo)法則，推導(dǎo)出了系統(tǒng)龐加萊映射周期不動(dòng)點(diǎn)的雅可比矩陣，根據(jù)雅可比矩陣的特征值分布情況，即可判斷各不

6、動(dòng)點(diǎn)的自治振蕩穩(wěn)定性。在實(shí)例分析中，文中研究了一個(gè)存在三個(gè)諧振點(diǎn)的推拉式CPT系統(tǒng)，判斷了其諧振點(diǎn)的穩(wěn)定性，并基于PLECS平臺(tái)對(duì)該CPT系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究，驗(yàn)證了其三個(gè)諧振點(diǎn)在定頻控制模式下的軟開關(guān)工作特性，給出了定頻控制模式的軟啟動(dòng)方法；分析了系統(tǒng)在浮頻控制模式下的穩(wěn)態(tài)諧振工作點(diǎn)，驗(yàn)證了三個(gè)諧振點(diǎn)的局部穩(wěn)定性，并研究了拾取端短路解耦控制引起的穩(wěn)定諧振點(diǎn)之間的相互跳動(dòng)問題。
　　 4.提出了一種新型功率控制策略
　　

7、根據(jù)CPT系統(tǒng)多軟開關(guān)工作點(diǎn)的功率傳輸特性差異提出了一種新的基于多軟開關(guān)工作點(diǎn)的功率控制策略，其核心思想就是讓系統(tǒng)根據(jù)誤差反饋信息在其多軟開關(guān)工作點(diǎn)之間來回切換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)功率的控制。文中以原副邊均串聯(lián)諧振型CPT系統(tǒng)為例，研究了這種控制策略的工作原理、實(shí)現(xiàn)思路以及控制特性等。仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該控制策略的可行性。
　　 本文的創(chuàng)新性貢獻(xiàn)在于：
　　 1.針對(duì)CPT系統(tǒng)所有可能的軟開關(guān)工作點(diǎn)周期及穩(wěn)態(tài)波形的快速準(zhǔn)確求解

8、問題，提出了一種基于頻閃映射方法和不動(dòng)點(diǎn)理論的軟開關(guān)工作點(diǎn)精確計(jì)算方法，該方法極大地簡化了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析過程，并可推廣應(yīng)用于一般負(fù)載諧振變換電路；
　　 2.針對(duì)非接觸電能傳輸系統(tǒng)的高階非線性特性所帶來的多諧振工作點(diǎn)問題，提出了一種基于龐加萊映射模型及其雅可比矩陣的系統(tǒng)諧振點(diǎn)穩(wěn)定性判據(jù)，發(fā)現(xiàn)多諧振工作點(diǎn)的存在及其穩(wěn)定性差異可能引起系統(tǒng)多諧振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)現(xiàn)象；
　　 3.基于非接觸電能傳輸系統(tǒng)多軟開關(guān)工作點(diǎn)的功率傳輸特性差異，提出