非接觸感應(yīng)耦合電能傳輸與控制技術(shù)及其應(yīng)用研究.pdf

1、新型非接觸感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)(簡稱ICPT)利用電磁感應(yīng)耦合原理從靜止的原邊電源向一個(gè)或者多個(gè)副邊用電負(fù)載提供無接觸電能傳輸，ICPT技術(shù)消除了傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)供電方式所帶來的固有缺陷，如導(dǎo)線裸露、插頭磨損、接觸電火花等，具有安全、環(huán)保、免維護(hù)或少維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在廠礦、裝配車間、各種易燃易爆環(huán)境、水下環(huán)境、人體內(nèi)植式電子裝置供電等各種特殊條件下電氣設(shè)備的安全供電，及移動(dòng)電氣設(shè)備的安全供電，如電動(dòng)汽車等方面擁有廣闊的應(yīng)用前景。隨著各個(gè)領(lǐng)域?qū)Ψ?/p>

2、接觸感應(yīng)耦合電能傳輸?shù)男枨笤絹碓狡惹?，感?yīng)耦合電能傳輸技術(shù)已經(jīng)成為目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文對非接觸感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)作出了系統(tǒng)的研究，主要包括以下方面。
　　 論文首先介紹了非接觸感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)起源，系統(tǒng)基本構(gòu)成及工作原理，對ICPT技術(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域作出了詳細(xì)的介紹，闡述了ICPT技術(shù)在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，對ICPT系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了歸納，介紹了論文的主要研究內(nèi)容。
　　 對典型ICPT系統(tǒng)的磁路模型及等效

3、電路模型作出了分析，獲得了基于磁通交鏈的T型電路及基于互感原理的互感電路模型；基于互感等效電路模型，建立了原副邊相互分離的等效電路；以互感理論為基礎(chǔ)，深入分析了多負(fù)載ICPT系統(tǒng)的等效電路模型，分別對單一原邊線圈多負(fù)載拾取線圈及多原邊線圈多負(fù)載拾取線圈兩種不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，分析了兩種不同結(jié)構(gòu)的多負(fù)載ICPT系統(tǒng)之間的參數(shù)關(guān)系。分析了ICPT系統(tǒng)的電功率參數(shù)傳輸模型，對系統(tǒng)的傳輸功率及電壓電流增益系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行了分析，研究了系統(tǒng)中

4、各電路參數(shù)的變化對系統(tǒng)傳輸功率的影響。
　　 以增強(qiáng)系統(tǒng)的傳輸功率性能為目的，對ICPT系統(tǒng)的諧振補(bǔ)償理論作出了研究。結(jié)合ICPT系統(tǒng)的電路模型，對靜態(tài)補(bǔ)償?shù)幕就負(fù)浼跋到y(tǒng)輸出電能特性進(jìn)行了研究，完成了靜態(tài)電路諧振補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償參數(shù)設(shè)計(jì)，通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了靜態(tài)補(bǔ)償對傳輸功率性能的提升；提出了一種基于動(dòng)態(tài)可控電抗器的諧振補(bǔ)償方法，通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)可控電抗器的導(dǎo)通角來改變組合式補(bǔ)償支路的容抗數(shù)值，從而保證了原邊電源側(cè)輸出電壓與輸出電流之間的

5、零相角條件，減小對系統(tǒng)電源的VA值容量需求，對動(dòng)態(tài)補(bǔ)償支路的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，通過Orcad/Pspice所構(gòu)建的電路仿真模型對動(dòng)態(tài)諧振補(bǔ)償?shù)挠行宰鞒隽蓑?yàn)證。對ICPT系統(tǒng)在不同的原邊電源類型及不同的補(bǔ)償拓?fù)浞绞较孪到y(tǒng)的功率傳輸特性計(jì)算分析與仿真驗(yàn)證。
　　 在ICPT系統(tǒng)中，為增加系統(tǒng)的功率密度，減小裝置體積與重量，需要向原邊線圈注入高頻交變電流。系統(tǒng)負(fù)載所能接收的傳輸功率與原邊線圈電流大小呈正比，對原邊逆變電路的研究屬于感應(yīng)

6、耦合電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域中的重要內(nèi)容。論文對適用于大中功率電能變換的一次側(cè)換流拓?fù)溥M(jìn)行了系統(tǒng)的研究，研究了推挽諧振式電能變換器在變負(fù)載條件下的原邊電流恒流性能，提出了一種具有原邊恒流特性的一次側(cè)電能變換電路拓?fù)?，設(shè)計(jì)了電路參數(shù)，能在ICPT系統(tǒng)負(fù)載變化時(shí)保持原邊線圈電流的穩(wěn)定，以一次側(cè)諧振槽的體積與重量為優(yōu)化目標(biāo)，對電路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；電路仿真結(jié)果顯示，本文所提出的一次側(cè)原邊恒流型電路變換拓?fù)湓谌?fù)載范圍內(nèi)具有優(yōu)良的原邊恒流特性。
　　

7、 論文研究了ICPT系統(tǒng)的傳輸功率模型，針對ICPT系統(tǒng)中一次側(cè)與二次側(cè)不存在常規(guī)的信息反饋通道的特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了在系統(tǒng)負(fù)載側(cè)進(jìn)行傳輸功率控制的方法。結(jié)合本文所提出的原邊恒流型一次側(cè)電能變換拓?fù)洌岢隽艘环N采用動(dòng)態(tài)切換電抗器對ICPT系統(tǒng)二次側(cè)電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)解諧來控制系統(tǒng)向負(fù)載傳輸功率的方法，該方法能在ICPT系統(tǒng)二次側(cè)實(shí)現(xiàn)對傳輸功率的控制，同時(shí)保證了ICPT系統(tǒng)最大傳輸功率性能，采用基于模糊邏輯的控制器來對動(dòng)態(tài)電抗器的導(dǎo)通角進(jìn)行控制，

8、基于Matlab/Simulink的系統(tǒng)仿真結(jié)果顯示動(dòng)態(tài)解諧傳輸功率控制方法的有效性。為了抑制參數(shù)攝動(dòng)對系統(tǒng)輸出的影響，采用廣義狀態(tài)空間平均法，推導(dǎo)出ICPT系統(tǒng)的參數(shù)不確定性模型，構(gòu)建了μ綜合控制器對系統(tǒng)輸出進(jìn)行魯棒控制，取得了較好的效果。針對多負(fù)載ICPT系統(tǒng)，研究了采用功率開關(guān)管電路的傳輸功率控制方法，消除了系統(tǒng)負(fù)載之間的相互干擾，能實(shí)現(xiàn)對負(fù)載輸出側(cè)電能參數(shù)的精確控制，電路仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了開關(guān)管傳輸功率控制電路的有效性。
　　

9、 考慮到電動(dòng)汽車的廣闊應(yīng)用前景，對電動(dòng)汽車非接觸充電系統(tǒng)及充電控制模式作出了研究，對比分析了相對靜止式非接觸充電模式及相對運(yùn)動(dòng)式非接觸輸電模式。對適合電動(dòng)汽車非接觸感應(yīng)耦合充電系統(tǒng)的線圈結(jié)構(gòu)與耦合特性作出了研究，提出了電動(dòng)汽車非接觸式感應(yīng)耦合充電系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)流程。提出了電動(dòng)汽車非接觸充電控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，針對鋰電池組充電特性，研究了PWM恒壓恒流充電模式，對電動(dòng)汽車非接觸式充電的分段充電控制算法作出了詳細(xì)分析。設(shè)計(jì)了多負(fù)載非接觸感應(yīng)