大功率ICPT系统安全运行保障技术研究

摘要

感应耦合电能传输(ICPT)技术是一种新型的电能传输技术，它综合运用了现代电力电子技术、磁场耦合技术和现代控制理论，摆脱了传统供电方式通过导线直接接触供电的方式，通过电磁感应耦合关系向负载实现非接触的供电，彻底消除了传统供电方式的接触电火花、机构磨损等缺点，具有安全、环保、低维护、适应性强等优点，得到国内外学者的广泛关注和快速的发展。
　　 ICPT系统运用大量电力半导体器件对电能进行变换和控制，这些电力半导体器件在工作过程中承受着高电压、大电流的反复冲击，工作环境恶劣，容易出现故障，因此，安全运行问题成为ICPT系统的一个重要制约因素，严重影响了ICPT系统的推广和使用，目前，ICPT系统仍未能实现大规模商用。为了保障ICPT系统安全、稳定的运行，必须对影响ICPT系统安全运行的因素进行全面系统分析，找出关键因素，并采取措施予以消除和防范。分析可知，ICPT系统运行过程中出现的瞬时的尖峰电压、电流，如开机电流浪涌、电路中功率开关管开通与关断时的电压电流尖峰等等，是导致系统元器件损坏的主要原因，为了解决这些问题，本文首先从ICPT系统工作原理分析的基础上，找出这些问题产生的原因，为防范和消除这些影响因素的措施提供设计的理论依据。
　　 针对开机浪涌电流问题，采用适用于大功率系统的“启动期间接入固定电阻”的方法，有效抑制了开机浪涌电流对系统的危害；针对直流调压电路中，功率开关管和续流二极管上出现的电压、电流尖峰问题，设计了一种无损缓冲电路，有效改善了开关管和续流二极管的工作环境，并推导了参数设计公式；针对系统谐振逆变电路中，桥臂开关管存在较大的电压尖峰的问题，采用适用于大功率系统的放电阻止型缓冲电路，并推导了参数设计公式，有效改善了桥臂开关管的工作环境；对系统中存在的一些常规安全隐患，如过热、过欠压、过流等问题，也设计了相应的保护电路，确保全面的保障系统安全运行。
　　 课题设计并制作了相应的硬件电路，对所设计的电路进行了仿真和实验验证，实验结果表明所设计的保护电路可以很好的改善系统工作的环境，保护系统安全、稳定的运行。