多逆變器并聯IPT系統環(huán)流消除及其頻率穩(wěn)定控制研究.pdf

1、感應電能傳輸(Inductive Power Transfer，IPT)系統由于受到開關器件的耐壓過流值的限制，單個逆變器構成的IPT系統難以實現大功率能量傳輸。為了增加逆變電源的容量，目前有效的方法之一是采用逆變器并聯技術。采用逆變器并聯技術時，由于電路參數（電容電感），開關器件以及直流電源電壓的容差，導致并聯單元之間存在環(huán)流，各個并聯模塊之問的電應力和熱應力都不平衡，降低了元件的使用壽命和系統的可靠性。當逆變電源容量提高時，需要保證

2、能量有效傳輸到負載端。然而實際中系統受到電路參數變化的影響，諧振頻率易發(fā)生漂移，能量傳輸的路徑并不是最優(yōu)。因此，研究并聯單元之間的環(huán)流消除方法、系統功率調節(jié)策略以及頻率穩(wěn)定控制算法是十分有必要的，論文主要工作有:
　　1)提出一種交變信號直流化的方法。首先理論推導了交變信號變換為直流信號的過程，其次用模擬電路表示數學推導過程中的各個部分，接著詳細介紹等幅移相電路、低通濾波電路、幅值檢測電路以及變換電路的整體工作流程，最終將高頻的交

3、變信號變換為直流信號，控制器通過AD采樣的方式獲取變換后的直流信號，間接表示信號的矢量信息。該方法降低了控制器的計算負擔且不易受到外界的干擾，為后續(xù)逆變器并聯IPT系統中的環(huán)流消除控制器，提供電流幅值和相位信息提取的方法。
　　2)基于LCL-S補償多逆變器并聯IPT系統的功率提升技術。采用一種基于交變信號直流化的環(huán)流消除方法，用以解決高頻逆變器并聯時產生的環(huán)流問題。首先分析了LCL-S型兩逆變器并聯IPT系統的拓撲結構以及環(huán)流產

4、生的原因;其次將初級線圈電流和各個支路電流代入到第2章分析的交變信號直流化方法中，計算出各個支路電流的虛實部分量。接著給出電流矢量調節(jié)策略，使得初級線圈電流恒定，各個并聯單元電流實部分量相等，虛部分量相等且等于零;最后以兩個逆變器并聯的IPT系統進行實驗驗證，結果表明高頻逆變器之間的環(huán)流得以有效消除，證明了本方法的有效性。
　　3)基于串并聯諧振腔多逆變器并聯IPT系統的功率提升技術。首先分析了加入串并聯諧振補償拓撲抑制多逆變器并

5、聯IPT系統中直流環(huán)流和諧波環(huán)流的原理;其次在多逆變器并聯的IPT系統中加入串并聯諧振補償拓撲后，分析了基波環(huán)流產生的原因，并數學推導了基波環(huán)流的表達式;同樣采用一種基于第2章分析的交變信號直流化環(huán)流消除方法，解決了逆變器并聯IPT系統的基波環(huán)流問題;最后以兩個逆變器并聯的IPT系統進行實驗驗證。實驗結果表明，使用該串并聯諧振補償拓撲和基波環(huán)流消除方法能夠有效消除基波、諧波以及直流環(huán)流，同時保證了恒定的負載電壓。
　　4)次級串聯

6、補償的頻率穩(wěn)定性控制技術。由于IPT系統運行工況的改變或者外界環(huán)境變化等因素，線圈漏感，靜態(tài)補償電容值和電路阻抗發(fā)生變化，且變化量難以在系統運行過程中實時測量，再加上負載隨機性的特點，易導致IPT系統諧振頻率漂移，進而影響IPT系統的傳輸功率和效率。為解決IPT系統諧振頻率漂移問題，在系統固定工作頻率下，次級回路加入動態(tài)調諧裝置;針對LCL-S補償的拓撲，初級采用恒流控制，次級線圈感應電壓一定，控制器根據最大次級回路電流原則改變動態(tài)調諧