基于AC-AC变换的双向感应耦合电能传输研究

基于AC-AC变换的双向感应耦合电能传输研究张路,王智慧,孙跃(重庆大学白动化学院,重庆400030)摘要:传统AC-DC-AC型感应耦合电能传输(inductivecoupledpowertransfer,ICPT)系统存在大电容滤波及中间整流环节,其固有的单向传输特性乂导致电能冋馈怵I难,而以矩阵变换器为基础的AC-AC:变换器存在着系统控制复杂度高,功率器件偏多的问题,鉴于此,本文提岀一种新型的基于AC-AC变换的双向感应耦合电能传输系统,介绍了该系统对称的电路拓扑结构,并基于冲量定理论证系统在能量注入与a山振荡工作模式下的有效性,对系统呈现出的恒流特性进行了探讨,同时给出谐振环节参数的设计以确保系统工作频率的稳定,仿真与实验结果表明,在合理参数范围内,系统AC-AC变换器始终T作在谐振软开关状态,负载动态切换时,系统维持恒流特性,验证了交流电能双向传输的可行性。关键词:感应耦合电能传输(ICPT);AC-AC;冲量定理;软开关;双向中图分类号:TM74AC-ACConverterforBi-directionalInductiveCoupledPowerTransferSystemZHANGLu,WANGZhihui,SUNYue(CollegeofAutomation.ChongqingUniversity,Chongqing400030;)Abstract:ThetraditionalAC-DC-ACinductivecoupledpowertransfer(ICPT)systemwhichincludeslargefiltercapacitorandrectifierhastheenergyfeedbackdifficultproblemduetoitsinherentunidirectionaltransmissioncharacteristics,whilepresentAC-ACconverterthatusuallybasedonmatrixconvertersuffersproblemssuchascontrolcomplexityandplentyofthepowerdevices・Inviewofthis,anoveldirectAC-ACconversionbi-dircctionalinductivecoupledpowertransfersystemwasdevelopedinthispapertoavoidtheshortcomingsabove,thehassimpleandsymmetricalcircuittopology,Thevalidityoffreeoscillationmodeandenergyinjectionmodeisverifiedbytheoreticalanalysisbasedonimpulsetheorem.Theconstantcurrentcharacteristicisinvestigatedandthedesignoftheparametersoftheresonantlinkisalsoderivedtoensurethefrequencystabilityofsystem.Simulationandexperimentalresultsillustratethatthesystemalwaysoperatesinresonantsoft-switchingstatewithinthereasonableparameterscope,andthesystemkeepsconstantcurrentcharacteristicinadynamicloadswitchperiod,theresultvalidatethevalidityofthecontac什essACpowerbi-directionaltransfermode.Keywords:inductivecoupledpowertransfer;AC-AC;impulsetheorem:soft-switching:bi-directional0引言感应耦合电能传输(TCPT)技术本质上是一种借助髙频功率磁场实现能量非接触式传输的技术。鉴于电能的传送摆脱了直接电气连接的束缚,赋予了用电设备较大的灵活性和更广泛的环境适应性,在工业环境及国防军爭领域中冇着广泛的应用前景,目前成为国内外备受关注的研究热点[l-8]o基金项百:高等学校博上学科点专项科研基金(新教师类20100191120024)作者简介:张路(1986-),男,博士研究生,从事感应耦合电能传输技术研究通信联系人:王智慧(1980-),男,副教授,无线电能传输及电力电子变换技术.E-mail:wangzhihui@cqu.edu.cnWF7W输出然而,在研究及应用中,发现传统感应电能传输系统的单向传输特性在电力拖动等大功率类型应用中尚存在一系列问题。主要表现在[8]:(1)电能单向传输特性导致缺乏能量叵【馈的通道;(2)电能传输开环运行在轻载或满载时,发射线圈的激磁电流损耗都非常大导致功率传输效率降低;(3)感应耦合电能传输系统能量单向传输特性无法适应能量双向传输的场合。针对这个问题,文献[勺通过对单负载条件卜-的直流感应电能传输系统进行研究,釆用调节能量与自山振荡占空比的模式,维持谐振网络能量的稳定,实现系统双向传输。文献[9]则将其拓展到多负载的直流ICPT系统,但对于交流感应电能传输系统来说,目前发射端与接收端的功率变换模式仍多采用传统的AC-DC-AC:变换,但AC-DC-AC间接变换方式需要设置中间整流与大电容滤波环节,并H大电容体积笨IE造价昂贵,尤其是在可逆运行时,需要设置两套PWM逆变装置,因而成本和控制复杂度相应...

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