Μελέτη, Κατασκευή Και Έλεγχος Συστημάτων Επαγωγικής Μεταφοράς Ισχύος

Abstract

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή περιγράφεται η μελέτη και η κατασκευή ενός συστήματος επαγωγικής μεταφοράς ισχύος για εφαρμογές φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων.Για τη μαγνητική σύζευξη προτείνεται μια τοπολογία μετασχηματιστή μεγάλου διακένου, μορφής U-Ι για τοποθέτηση στον εμπρόσθιο προφυλακτήρα του οχήματος. Η προτεινόμενη τοπολογία παρουσιάζει επιθυμητά χαρακτηριστικά σχετικά με την ελαχιστοποίηση του διακένου αέρα, την ευκολία ευθυγράμμισης μεταξύ πρωτεύοντος και δευτερεύοντος, το βάρος και το κόστος κατασκευής, σε σχέση με τις συχνά χρησιμοποιούμενες επιδαπέδιες σπειροειδείς διατάξεις.Προτείνεται μια στρατηγική ελέγχου της συχνότητας λειτουργίας για βέλτιστη επίδοση του συστήματος στις μεταβαλλόμενες συνθήκες σύζευξης, κατάλληλη, επίσης, για δυναμικά μεταβαλλόμενες καταστάσεις. Ο έλεγχος εκτελείται με βρόχο κλειδώματος φάσης (PLL) μέσω οπτικής επικοινωνίας μεταξύ των υποσυστημάτων πρωτεύοντος και δευτερεύοντος. Η φάση του ρεύματος φορτίου μεταδίδεται μέσω υπερύθρων στο πρωτεύον, όπου η διάταξη PLL συγχρονίζει την τάση εξόδου του αντιστροφέα με το εν λόγω σήμα, εξασφαλίζοντας συνθήκες συντονισμού. Πειραματικά αποτελέσματα στο πρωτότυπο σύστημα δείχνουν ταχεία απόκριση συχνότητας μαζί με σταθερή τάση εξόδου σε μεταβαλλόμενες συνθήκες σύζευξης και φορτίου. Η προτεινόμενη τεχνική ελέγχου υπερτερεί έναντι άλλων σε θέματα ευστάθειας, ταχύτητας, ασφάλειας λειτουργίας και σταθερότητας της τάσης εξόδου, σε εφαρμογές στατής και δυναμικής φόρτισης.Τέλος, προτείνεται μια τοπολογία ασύμμετρης φόρτισης του συντονισμένου δευτερεύοντος για αύξηση της μεταφερόμενης ισχύος. Η ασύμμετρη φόρτιση πραγματοποιείται μέσω σύνδεσης του συντονισμένου κυκλώματος με το φορτίο κατά τη θετική ημιπερίοδο λειτουργίας και βραχυκύκλωσής του κατά την αρνητική ημιπερίοδο. Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται αύξηση της μεταφερόμενης ισχύος στο φορτίο. Η τελευταία προκύπτει από τη μείωση της ισοδύναμης αντίστασης φορτίου, όπως αντικατοπτρίζεται στο συντονισμένο κύκλωμα, με αποτέλεσμα την αύξηση του συντελεστή ποιότητας και την επακόλουθη αύξηση της απορροφούμενης ενέργειας από δεδομένη πηγή τάσης. Με προσθήκη χωρητικού φίλτρου εξόδου προκαλείται περαιτέρω αύξηση της μεταφερόμενης ισχύος, λόγω αντίστοιχου μετασχηματισμού του φορτίου. Προσομοιώσεις και πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαιώνουν την σημαντική αύξηση ισχύος σε σύγκριση με αντίστοιχο σύστημα ανόρθωσης πλήρους γέφυρας.