级联型无线电能传输系统补偿结构的研究

发布时间：2021-06-23 12:30

　　针对高压绝缘栅双极型晶体管（IGBT）串联型换流阀驱动供能问题,提出利用级联型无线能量传输技术为其提供稳定的电源,该供能系统使用中继线圈来增加电能传输的距离,同时中继线圈不仅向下一级的线圈传输能量,也为与该线圈相连的IGBT驱动传输能量。其中,中继线圈补偿网络结构,直接影响着电能传输的质量,中继线圈采用CLC型和LCL型相结合的补偿结构为IGBT的驱动供能,并针对该系统建立了数学模型,进行了拓扑分析,得到LCL型具有将恒流源转化为恒压源的特性,经过仿真验证,最后搭建了一个6级负载的实验平台,验证了该系统的频率特性和输出特性。 

【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(08)北大核心CSCD

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

图２系统等效电路模型??Ｆｉｇ．?２?Ｔｈｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ??

ｉｃｓ??Ｖｏｌ．５４，?Ｎｏ．８??Ａｕｇｕｓｔ?２０２０??相同功率的电能，而中继线圈使用串联补偿，在实??验中仅使用２个和３个负载对其理论分析进行验??证。总之，对多个中继线圈结构多负载无线电能传??输系统的拓扑结构研宄相对较少。利用ＣＬＣ型ｗ??和ＬＣＬ型补偿网络的特点，在此提出中继线圈采??用ＣＬＣ型和ＬＣＬ型相结合的拓扑结构为高压换??流阀ＩＧＢＴ驱动供电。??２级联型无线电能传输系统拓扑结构??２．１系统结构描述??所研宄的级联型无线电能传输系统结构如??图１所示，《〇为半桥逆变器产生的高频交流电压??源，接在初级发射线圈上。Ｕｉ＝０，ｌ，２，…，ＡＭ）??为相应发射线圈ＣｏｉＬ的自感，＼（／＝１，２，一，＃）为??相应接收线圈Ｃｏｉｌ，的自感??补偿电容，＆，？？？，为补偿电感。从图中可以??看出，初级发射单元和第／Ｖ级接收单元采用电容??和电感串联补偿结构；中继单元采用ＣＬＣ型和??ＬＣＬ型补偿网络为ＩＧＢＴ驱动等效电阻，接在??ＬＣＬ型补偿网络的输出端。中继单元有两个线圈，??接收线圈Ｃｏｉｌ？．接收上一级发射线圈传递的能量，??Ｃｏ＼将磁场能量传递给下一级。Ｍ为两个线圈的??互感，其下标反映这两个线圈的序号，例如??为线圈Ｃｏｉｌｏ与Ｃｏｉｌｒｔ之间的互感，而紙ｌｆ２为线圈??Ｃｏｉｌｓ，与ＣｏｉＵ之间的互感。类似地，两个线圈之间??的耦合系数用Ａ表示，其下标的含义与Ｍ相同，??可由下式计算得到：??ｋ＾ｌＶＬｌｉ?（１）??初级发射单元?中继单元１?中继单元２?第Ｗ级接收单元??图１系统结构图??Ｆｉｇ．?１?Ｔｈｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｂｌｏｃｋ?

ｇ．?５?Ｉｎｖｅｒｔｅｒ?ａｎｄ?ｌｏａｄ?ｗａｖｅｆｏｒｍｓ?ｏｆ?ｖｏｌｔａｇｅｓ?ａｎｄ?ｃｕｒｒｅｎｔｓ??从图中可知，Ｕ〇与初级发射线圈的电流４种??３７??建６级仿真电路，结合高压换流阀型ＩＧＢＴ驱动供??能的要求。在理论分析的基础上设计补偿网络参??数为：Ａ＝０．２０５／ｃｆ２００?ｋＨｈＬｒｋ?均为?１２５?ｆＪＬＨ，／？Ｌ＝??２０?ＣｆＣ＊?均为?５．０４?ｎＦ，Ｃｆ＝１２９．５?ｎＦ，??均为２５．７—Ｈ，Ｌｆ＝４．８８７邱。驱动负载两端??的电压波形见图４ａ，可见，相邻单元的相位互差??１８０°，中继单元一、三、五负载电压叫，《３，《５相位??一致，中继单元二、四、六负载电压相位??一致，由于寄生电阻的影响，中继单元三￣六的负??载电压幅值略小于中继单元一、二的负载电压幅??值。接收线圈电流波形见图４ｂ所示，可见，６个接??收端的线圈幅值基本保持一致，接收线圈标号为??奇数，其电流１／３，〖５相位一致，接收线圈标号为??偶数，其电流；２，＾，〖６相位保持一致。??图４仿真波形??Ｆｉｇ．?４?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｗａｖｅｆｏｒｍｓ??４?实验验证分析??为了验证所提级联式磁耦合谐振无线电能传??输拓扑结构的有效性，搭建了一套６个负载级联??的实验平台。由于实际绕制电感或焊接电容时，参??数值存在一些误差，因此列出同类元件参数的平??均值。电路和实验参数：＆＝０．２０９，／。＝２００??均为?１２３?ｊｊｌＨ，／？，＝２０?ｎ．ＣｆＣｃＣｆＧ?均为?４．９?ｎＦ，??Ｃｆ＝１２８?ｎＦ，ｉｎ￣ＬＫ?均为?２５．７?｜ｘＨ，Ｌｆ＝４．９８?｜ｘＨ。该实??验采用５０?Ｖ直流电源


本文编号：3244942