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ICPT 系统频率稳定性分析及耦合传输功率研究

【作 者】黄俊博

【摘 要】摘要
 
感应耦合电能传输(Inductive Coupled Power Transfer,简称ICPT )技术是当前电能传输领域的一项新兴实用技术。该技术综合应用电力电子技术、磁场耦合技术和现代控制理论等,通过一次侧和二次侧线圈间的耦合磁场实现电能从静止电源系统向一个或多个可移动用电设备的非电气直接接触电能传输。 论文以重庆市科委重点基金项目和国家自然科学基金项目为背景,主要基于
ICPT 系统四种补偿模式,研究系统频率稳定性和耦合传输功率。在 ICPT 系统的研究中,频率稳定性和耦合传输功率研究一直是重点和难点。频率稳定性直接关系到系统能否实现电能的高效率、高功率稳定传输;耦合传输功率直接关系到系统是否能够达到用电设备的功率需求。本论文进行了以下几方面的工作:
 
针对ICPT系统四种补偿模式,建立起一次侧谐振频率与拾取端负载电阻和一、二次侧感应耦合系数之间的关系模型,在建模过程中,引入特定等量变化参量,使建立的关系模型中并不包含一次侧发射线圈电感、一次侧谐振网络补偿电容、二次侧拾取线圈电感、二次侧谐振网络补偿电容、一、二次侧感应耦合系数、拾取端额定负载电阻等参数,而是只包含一、二次侧品质因数、一次侧相对谐振频率、拾取端相对负载电阻、一、二次侧相对感应耦合系数的公式,简化了关系模型结构,降低了研究分析难度。 
针对 ICPT 系统四种补偿模式,引入根轨迹法分别分析了一次侧谐振频率随拾取端负载电阻变化而变化的规律和一次侧谐振频率随一、二次侧感应耦合系数变化而变化的规律,比较了四种补偿模式在频率稳定性方面各自具有的特性和同一补偿模式在不同器件参数条件下具有的频率稳定性特性。介绍了图示法的基本原理,并举例验证了通过根轨迹得出的部分频率稳定性结论。
 
针对 ICPT 系统四种补偿模式,建立理想状态下(系统工作频率为二次侧固有谐振频率)耦合传输功率的关系模型,比较了四种补偿模式和同一补偿模式不同器件参数条件下在耦合功率传输性能方面各自的特点。建立系统采用浮频控制时,非理想状态 (系统工作频率不是二次侧固有谐振频率) 下,系统的耦合传输功率关系模型,并以 PP 拓扑为例介绍了在非理想状态下研究系统耦合传输功率特点的方法。 
 


【关键词】感应耦合电能传输,频率稳定性,耦合传输功率,关系模型

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