全桥LLCC感应耦合能量传输装置研究

感应耦合能量传输(ICPT)作为一种新型能量传输技术,通过电磁感应原理实现能量的无接触传递,近年来成为国内、外科研机构的研究热点。由于ICPT技术不需要导线连接,装置在实现电气隔离的同时,也实现了物理隔离,避免了可能由于接触引起的火花,机械磨损等隐患。ICPT除了能为一般电子设备和电动汽车提供安全、方便的充电方式外,在一些特殊场合,如矿井、水下等易燃易爆易腐蚀的环境中,也有着广阔的应用前景。本文首先系统的概述了感应耦合能量传输技术的原理、研究现状和发展趋势。接下来论文对松耦合变压器的磁路进行了十分详细的分析,通过分解法比较精确的分析了气隙和磁芯尺寸对气隙磁阻和磁芯磁阻的影响。在忽略次要因素的前提下,给出了大气隙U型磁芯等效磁路,并通过分析得到了耦合系数与磁通和磁阻间的关系。由于传统变压器模型不适用于松耦合变压器,因此引入了松耦合变压器的互感等效模型进行分析。在以上分析基础之上,对松耦合变压器的相关参数进行了详细设计。接下来介绍了感应耦合能量传输装置的基本结构,并根据其特点讨论了装置的设计要点。利用基波模式近似分析法对ICPT电路进行模型分析。由于松耦合变压器气隙较大,导致耦合系数低。为了提高装置性能,本文对变压器原、副边的电容补偿电路进行了研究。从降低供电电源容量和提高装置功率传输能力角度分析了原、副边补偿电容的作用。基于以上分析,本文采用原边串联、副边并联电容补偿全桥谐振变换器,对其工作模态进行了分析。并用Matlab/Simulink对电路进行仿真,分析并给出了补偿电容和工作频率的选择。最后,设计了一台1.5kW感应耦合能量传输装置实验样机。通过实验比较并分析了松耦合变压器气隙长度、电容补偿方式、工作频率与装置效率的关系,实验结果与之前的理论分析和仿真基本一致。并且根据实际应用情况,进行了变压器磁芯偏移实验,为感应耦合能量传输技术的应用提供了实验数据。