移动式感应非接触电能传输系统的LCL谐振补偿的研究

摘要

感应式非接触电能传输技术（Inductive Contactless Power Transfer，简称ICPT）是一种新型电能传输方式，集电磁感应耦合技术、高频电能变换技术和高频谐振技术等高新技术于一体。它安全、高效、便捷地实现了电能的无导体连接传输，不仅在医疗、电子产品等日常使用设备上广泛应用，而且在易燃易爆、水下等严苛的环境中具有应用前景。
　　在移动式ICPT技术的应用场合中，补偿网络不仅可以调节系统输入端的功率因数并实现逆变电路的软开关，同时其不同的拓扑结构和元件参数直接影响了系统的增益特性和频率特性，也对系统效率有影响。因此，对于补偿网络的研究和改进是ICPT理论和应用的热点。文章介绍了ICPT技术以及其补偿技术的研究现状和发展趋势，进而阐述了ICPT系统的工作原理和主要构成部分，并对松耦合变压器的互感模型、谐振电路模型进行了分析。
　　LCL谐振具有传统谐振的优点，同时可通过自身参数的合理设计实现恒流特性和开关管的ZVS，但原边单边LCL补偿灵活性低、稳定性差，甚至原边会失谐。本文通过对LCL谐振电路的研究，在原边LCL补偿基础上着重于副边不同补偿方式下的系统建模，分别从系统视在功率的角度和系统传输能力的角度分析了原副边补偿电路的作用。文章还推导了此种补偿下系统电压电流增益的归一化公式、原边阻抗角的归一化公式，分析并给出了系统补偿电路参数的基本设计步骤。同时，本文从ICPT系统的高阶数学模型出发，描述了频率分叉现象并用数值方法界定了分叉区域。
　　本文借助软件计算分析了系统发生频率分叉和不发生频率分叉时系统传输特性的差异以及导致系统发生频率分叉现象的原因，这有利于揭示系统工作的工作原理保证系统工作性能稳定，也有利于促使相应的控制方案提高系统的动态响应能力。对基于LCL谐振补偿的ICPT系统，进行了初步的系统传输特性探索，并对系统特性的理论分析进行了仿真验证。最后介绍了实验平台的硬件设计并对实验结果进行了分析，理论与实验结果的一致性表明系统的高阶数学模型的正确性与实用性，也表明LCL补偿在导轨式ICPT系统上实现恒流特性具有一定优势。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

注释表

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2 CPT技术的研究现状和发展趋势

1.3 ICPT系统补偿措施的研究现状与发展趋势

1.4本文的研究意义与主要内容

第二章 移动式ICPT系统的组成及数学模型

2.1移动式ICPT系统的构成和主电路拓扑

2.2移动式ICPT系统的数学模型

2.3 ICPT系统LCL谐振的工作模态

2.4本章小结

第三章 ICPT系统的原副边补偿研究

3.1原副边无补偿的ICPT系统

3.2原边补偿研究

3.3副边补偿研究

3.4本章小结

第四章 LCL型ICPT系统的研究

4.1原边LCL补偿副边串联补偿的ICPT系统研究

4.2原边LCL补偿副边LCL补偿的ICPT系统研究

4.3副边串联补偿和副边LCL补偿的LCL型ICPT系统的比较

4.4本章小结

第五章 仿真与实验结果

5.1 ICPT系统特性的仿真结果

5.2实验平台介绍

5.3 ICPT系统实验结果

5.4本章小结

第六章 结束语

6.1本文的主要工作

6.2下一步要做的工作

参考文献

致谢

硕士期间的研究成果及所获荣誉