基于E类逆变ICPT系统的恒流补偿拓扑研究

作     者：王肖 

作者单位：西安科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘树林;王传良

授予年度：2018年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：ICPT E类逆变 LCC 补偿拓扑 恒流 

摘      要：电能的便捷、安全和高效利用,一直是电气工程界以及全社会着力推进的重要事业。ICPT技术作为一种新型的电能传输方式,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。本文针对现有补偿拓扑结构负载变动引起损耗较大、可靠性和稳定性差等问题,提出原、副边不对称的补偿拓扑结构,使系统可实现宽负载范围内的恒流输出。在分析ICPT系统组成和原理的基础上,对E类功率放大器的原理及效率影响因素进行研究,得出系统实现软开关的参数调整方法,并应用Saber进行了仿真验证。通过对S/S、S/P及S/LCC型补偿拓扑结构进行研究,得出三种补偿方式的电路特性及参数设计表达式。基于互感等效理论建立S/S和S/LCC型补偿ICPT系统电路模型,推导出能够使系统具有恒定输出特性的参数条件,并研究了寄生电阻对系统输出恒流特性的影响。利用Matlab对E类逆变拓扑的工作效率进行分析,得到频率与耦合系数对效率的影响关系,为系统参数优化选择提供理论依据。针对系统副边分别采用串联和LCC型补偿拓扑的ICPT系统,对其等效电路及相关参数进行分析,通过对原边线圈输入阻抗的实部及耦合系数施加约束可保证系统高效运行。为减少趋肤效应和磁芯损耗对传输效率的影响,设计了一种采用利兹线绕制的无磁芯平面环形松耦合变压器。基于副边LCC补偿拓扑谐振网络优势,设计了同步整流驱动控制电路,以确保系统有较高的整体效率。研制E类逆变ICPT系统样机并搭建实验平台,对相关参数进行测试与分析,实验结果表明负载电阻在宽范围内变化时,可保持输出电流恒定,验证了理论分析的正确性及电路设计的可行性。