變參數(shù)條件下串-并補償非接觸變換器的優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、電動汽車無線充電相較于傳統(tǒng)的傳導(dǎo)充電，摒棄了與地面供電設(shè)備連接的傳導(dǎo)電纜，安全可靠、便捷友好，易于實現(xiàn)智能化充電，符合未來電動汽車充電的需求。無線充電技術(shù)對變壓器原、副邊相對位置要求較高，電動汽車應(yīng)準確?？糠駝t會影響充電效率。究其原因，位置的變動改變了非接觸變壓器的自身參數(shù)，系統(tǒng)的運行狀態(tài)脫離了設(shè)計工作點。為此，本文針對變參數(shù)條件下非接觸變換器進行了優(yōu)化設(shè)計研究。
　　論文首先結(jié)合不同補償方式，選取了串/并補償作為研究對象。在此基

2、礎(chǔ)上，論文通過對電路進行基波等效變換，對比表征變壓器參數(shù)變化的不同方法，引入了相對自感系數(shù)和相對互感系數(shù)，為研究變參數(shù)條件下非接觸變換器的輸出特性帶來方便；通過標幺化的推導(dǎo)和求解，研究了完全補償點處串/并補償網(wǎng)絡(luò)的電壓增益特性和相角特性，指出了電壓增益分岔點、峰值點及相角分岔點與耦合系數(shù)之間的關(guān)系；在研究變參數(shù)條件下串/并補償網(wǎng)絡(luò)電壓增益和相角特性的變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，指出了串/并補償固有的特征角頻率及其對電壓增益和相角特性的影響；依據(jù)相

3、角特性以特征角頻率為邊界，在空載及短路情況下進行了感性區(qū)和容性區(qū)的劃分；為保證原邊輸入相角的感性需求，提出了感性交疊區(qū)的概念，且證明了分析結(jié)果的一般性，為變參數(shù)條件下原邊實現(xiàn)軟開關(guān)提供了理論依據(jù)。
　　其次，論文從軟開關(guān)的實現(xiàn)、母線電壓的波動和非接觸變壓器的效率三個方面，研究串/并補償非接觸變換器在變參數(shù)條件下完全補償點的選取方法。指出了串/并補償在變參數(shù)條件下實現(xiàn)軟開關(guān)的條件，以實際變壓器的參數(shù)為依據(jù)，說明了完全補償點的選取對相

4、角特性的影響；分析了后級DC/DC的功率調(diào)節(jié)對非接觸單元輸出母線電壓的影響，采用圖解法解決了非接觸變換器與后級DC/DC變換器級聯(lián)時母線電壓的取值問題，為分析兩級系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性帶來方便；為估算母線電壓的變化范圍，對比了不同完全補償條件下系統(tǒng)滿功率輸出時母線電壓的大小，討論了空載母線電壓升高問題；為使非接觸變壓器運行狀態(tài)最優(yōu)，分析了變參數(shù)條件下非接觸變壓器最高效率點對應(yīng)的頻率條件和負載條件；給出了變參數(shù)條件下非接觸變換器完全補償點選取的優(yōu)

5、化設(shè)計流程，為電動汽車無線充電器的設(shè)計帶來方便。
　　最后，論文依據(jù)性能指標，給出了7.5kW電動汽車無線充電器的設(shè)計過程；依據(jù)完全補償點優(yōu)化設(shè)計的研究結(jié)果，選取原副邊正對、氣隙條件為10cm時為完全補償點；系統(tǒng)采用定頻移相控制，在變參數(shù)條件下實現(xiàn)軟開關(guān)并減小母線電壓變化范圍，實驗驗證了理論分析的正確性。所設(shè)計的7.5kW電動汽車無線充電器滿載時整機最高效率為92.21％，在氣隙變動50%且橫向偏移寬度為變壓器尺寸的20%時，可穩(wěn)