移动式ICPT分段供电系统的负载位置检测和切换控制研究
发布时间：2021-06-23 02:06
感应耦合电能传输（Inductively Coupled Power Transfer,ICPT）技术作为一种非接触电能传输方式,因其适用范围广,应用成本低,电能传输效率高,传输功率大等优点而得到了各国研究人员的重视。传统的长导轨式移动ICPT系统的原边供电线圈很长,导致原边供电线圈阻抗大,交流损耗严重,传输效率低,电磁泄漏问题严重,如果在移动式ICPT系统中采用分段式供电的方法,只激励需要供电的原边线圈,其余线圈处于待机状态则可以有效减少电能损耗和电磁辐射,提高能源利用率。但是,移动式ICPT分段供电系统的实现前提是确定原边线圈的接力供电顺序,即确定负载位置,因此,确定负载的准确位置从而对负载下方的原边供电线圈进行激励以及进行有效的子线圈切换控制对移动式ICPT系统在大功率场合的应用有着重要的理论和现实意义。本文以轨道交通为应用背景,在分析移动式ICPT分段供电系统关键技术的基础上,主要从移动式ICPT分段供电系统的负载位置检测和切换控制两方面展开研究,首先阐述了ICPT系统的工作原理以及移动式ICPT分段供电系统的国内外研究现状及存在的问题。其次分析了移动式ICPT分段供电系统的关...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
松耦合变压器漏感等效模型
移动式ICPT分段供电系统的负载位置检测和切换控制研究-20-Cp1Lp1LpCpLp2(a)TS型补偿结构(b)LCL型补偿结构Cp1Lp1LpCpCp2Cp1Lp1LpCpLp3Lp2Lp4(c)πS型补偿结构(d)工型补偿结构图2.10混合型补偿拓扑结构下面对LCL型补偿拓扑进行分析，图2.11为LCL型补偿拓扑等效电路图，图中，Lp1为原边补偿电感，Cp为原边补偿电容，Lp为松耦合变压器原边线圈，R为等效电阻。vin和v0分别为系统输入电压和输出电压，iin和iL分别为系统输入电流和输出电流。图2.11LCL型补偿拓扑等效电路图由电路原理可得LCL型补偿拓扑的输入阻抗为：22nnnin02nn1j[(1)1](1)jQZLQ++=+(2.24)其中，ω0=(1/LC)1/2是系统谐振角频率，ωn=ω/ω0是归一化的谐振角频率，Q=ω0L/R为品质因数，λ=Lp1/Lp是电感之比。由此可得，LCL型补偿结构的系统输出电流和电压分别为：
移动式ICPT分段供电系统的负载位置检测和切换控制研究-22-由图2.12可以看出，所设计的ICPT系统可变补偿电路由串联电感1L，串联电容1C，并联电容2C以及控制开关XL，XCS，XCP组成，通过控制开关XL，XCS，XCP的导通和关断即可实现SS型，PS型和LCL型补偿拓扑的变化。为了进一步增加系统的可靠性，保证拾取线圈下方的供电线圈在需要时能可靠地激励，在负载通过以后能可靠地断开供电，本文在设计可变补偿拓扑结构的基础上增加了容错开关组，如图2.13所示。该容错开关组包括Xrc1，Xrc2和Xrc3三个容错开关，其中，Xrc1和Xrc2处于常开状态，Xrc3处于常闭状态。当分段线圈需要激励时，开关Xrc1闭合，若开关Xrc1无法闭合时，关闭开关Xrc2，则分段线圈也可正常激励；当负载离开该激励线圈，该线圈应该断开供电，即断开闭合的开关Xrc1或者开关Xrc2，若开关Xrc1或者开关Xrc2无法断开，导致激励线圈无法正常停止供电，则可以断开开关Xrc3，这样该激励线圈即可正常断电。图2.13具有容错开关保护的可变补偿拓扑结构为了详细地分析具有容错开关保护的可变补偿结构的ICPT系统，本文将该系统分成5个工作模态，以下进行具体分析：模态1：负载接近分段供电子线圈，信号接收线圈接收到负载位置信息，容错开关Xrc1正常闭合，拾取线圈下方的供电线圈正常激励，变拓扑控制开关XL，XCS和XCP均闭合。如图2.14所示，此时原边补偿电感L1和补偿电容C1被短路，该ICPT系统的补偿结构为PS型，系统适用于轻载状态。
本文编号：3243999
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
松耦合变压器漏感等效模型
移动式ICPT分段供电系统的负载位置检测和切换控制研究-20-Cp1Lp1LpCpLp2(a)TS型补偿结构(b)LCL型补偿结构Cp1Lp1LpCpCp2Cp1Lp1LpCpLp3Lp2Lp4(c)πS型补偿结构(d)工型补偿结构图2.10混合型补偿拓扑结构下面对LCL型补偿拓扑进行分析，图2.11为LCL型补偿拓扑等效电路图，图中，Lp1为原边补偿电感，Cp为原边补偿电容，Lp为松耦合变压器原边线圈，R为等效电阻。vin和v0分别为系统输入电压和输出电压，iin和iL分别为系统输入电流和输出电流。图2.11LCL型补偿拓扑等效电路图由电路原理可得LCL型补偿拓扑的输入阻抗为：22nnnin02nn1j[(1)1](1)jQZLQ++=+(2.24)其中，ω0=(1/LC)1/2是系统谐振角频率，ωn=ω/ω0是归一化的谐振角频率，Q=ω0L/R为品质因数，λ=Lp1/Lp是电感之比。由此可得，LCL型补偿结构的系统输出电流和电压分别为：
移动式ICPT分段供电系统的负载位置检测和切换控制研究-22-由图2.12可以看出，所设计的ICPT系统可变补偿电路由串联电感1L，串联电容1C，并联电容2C以及控制开关XL，XCS，XCP组成，通过控制开关XL，XCS，XCP的导通和关断即可实现SS型，PS型和LCL型补偿拓扑的变化。为了进一步增加系统的可靠性，保证拾取线圈下方的供电线圈在需要时能可靠地激励，在负载通过以后能可靠地断开供电，本文在设计可变补偿拓扑结构的基础上增加了容错开关组，如图2.13所示。该容错开关组包括Xrc1，Xrc2和Xrc3三个容错开关，其中，Xrc1和Xrc2处于常开状态，Xrc3处于常闭状态。当分段线圈需要激励时，开关Xrc1闭合，若开关Xrc1无法闭合时，关闭开关Xrc2，则分段线圈也可正常激励；当负载离开该激励线圈，该线圈应该断开供电，即断开闭合的开关Xrc1或者开关Xrc2，若开关Xrc1或者开关Xrc2无法断开，导致激励线圈无法正常停止供电，则可以断开开关Xrc3，这样该激励线圈即可正常断电。图2.13具有容错开关保护的可变补偿拓扑结构为了详细地分析具有容错开关保护的可变补偿结构的ICPT系统，本文将该系统分成5个工作模态，以下进行具体分析：模态1：负载接近分段供电子线圈，信号接收线圈接收到负载位置信息，容错开关Xrc1正常闭合，拾取线圈下方的供电线圈正常激励，变拓扑控制开关XL，XCS和XCP均闭合。如图2.14所示，此时原边补偿电感L1和补偿电容C1被短路，该ICPT系统的补偿结构为PS型，系统适用于轻载状态。
本文编号：3243999
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