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

1、感應(yīng)電能傳輸(Inductive Power Transfer，IPT)系統(tǒng)由于受到開(kāi)關(guān)器件的耐壓過(guò)流值的限制，單個(gè)逆變器構(gòu)成的IPT系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)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(lián)技術(shù)。采用逆變器并聯(lián)技術(shù)時(shí)，由于電路參數(shù)（電容電感），開(kāi)關(guān)器件以及直流電源電壓的容差，導(dǎo)致并聯(lián)單元之間存在環(huán)流，各個(gè)并聯(lián)模塊之問(wèn)的電應(yīng)力和熱應(yīng)力都不平衡，降低了元件的使用壽命和系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)逆變電源容量提高時(shí)，需要保證

2、能量有效傳輸?shù)截?fù)載端。然而實(shí)際中系統(tǒng)受到電路參數(shù)變化的影響，諧振頻率易發(fā)生漂移，能量傳輸?shù)穆窂讲⒉皇亲顑?yōu)。因此，研究并聯(lián)單元之間的環(huán)流消除方法、系統(tǒng)功率調(diào)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(hào)直流化的方法。首先理論推導(dǎo)了交變信號(hào)變換為直流信號(hào)的過(guò)程，其次用模擬電路表示數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程中的各個(gè)部分，接著詳細(xì)介紹等幅移相電路、低通濾波電路、幅值檢測(cè)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(hào)變換為直流信號(hào)，控制器通過(guò)AD采樣的方式獲取變換后的直流信號(hào)，間接表示信號(hào)的矢量信息。該方法降低了控制器的計(jì)算負(fù)擔(dān)且不易受到外界的干擾，為后續(xù)逆變器并聯(lián)IPT系統(tǒng)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(bǔ)償多逆變器并聯(lián)IPT系統(tǒng)的功率提升技術(shù)。采用一種基于交變信號(hào)直流化的環(huán)流消除方法，用以解決高頻逆變器并聯(lián)時(shí)產(chǎn)生的環(huán)流問(wèn)題。首先分析了LCL-S型兩逆變器并聯(lián)IPT系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及環(huán)流產(chǎn)

4、生的原因;其次將初級(jí)線圈電流和各個(gè)支路電流代入到第2章分析的交變信號(hào)直流化方法中，計(jì)算出各個(gè)支路電流的虛實(shí)部分量。接著給出電流矢量調(diào)節(jié)策略，使得初級(jí)線圈電流恒定，各個(gè)并聯(lián)單元電流實(shí)部分量相等，虛部分量相等且等于零;最后以兩個(gè)逆變器并聯(lián)的IPT系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)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(lián)諧振腔多逆變器并聯(lián)IPT系統(tǒng)的功率提升技術(shù)。首先分析了加入串并聯(lián)諧振補(bǔ)償拓?fù)湟种贫嗄孀兤鞑?/p>

5、聯(lián)IPT系統(tǒng)中直流環(huán)流和諧波環(huán)流的原理;其次在多逆變器并聯(lián)的IPT系統(tǒng)中加入串并聯(lián)諧振補(bǔ)償拓?fù)浜?，分析了基波環(huán)流產(chǎn)生的原因，并數(shù)學(xué)推導(dǎo)了基波環(huán)流的表達(dá)式;同樣采用一種基于第2章分析的交變信號(hào)直流化環(huán)流消除方法，解決了逆變器并聯(lián)IPT系統(tǒng)的基波環(huán)流問(wèn)題;最后以兩個(gè)逆變器并聯(lián)的IPT系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用該串并聯(lián)諧振補(bǔ)償拓?fù)浜突ōh(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(shí)保證了恒定的負(fù)載電壓。
　　4)次級(jí)串聯(lián)

6、補(bǔ)償?shù)念l率穩(wěn)定性控制技術(shù)。由于IPT系統(tǒng)運(yùn)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(bǔ)償電容值和電路阻抗發(fā)生變化，且變化量難以在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量，再加上負(fù)載隨機(jī)性的特點(diǎn)，易導(dǎo)致IPT系統(tǒng)諧振頻率漂移，進(jìn)而影響IPT系統(tǒng)的傳輸功率和效率。為解決IPT系統(tǒng)諧振頻率漂移問(wèn)題，在系統(tǒng)固定工作頻率下，次級(jí)回路加入動(dòng)態(tài)調(diào)諧裝置;針對(duì)LCL-S補(bǔ)償?shù)耐負(fù)洌跫?jí)采用恒流控制，次級(jí)線圈感應(yīng)電壓一定，控制器根據(jù)最大次級(jí)回路電流原則改變動(dòng)態(tài)調(diào)諧