无线电能传输系统多路逆变器功率合成机理.pdf

第 4 3 卷 第 1期 2 0 1 7年 1月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n Vo 1 ． 4 3 No ．1 J a n ．2 O 1 7 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 1 0 0 6 0 0 6 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 刘溯奇， 谭建平 ， 文学． 无线 电能传输系统多路逆变器功率合成机理I- j ] ． 1 6 71 2 51 x ． 2 O1 7． O1 ． 01 5 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 1 6 0 6 5 ． 无线电能传输系统多路逆变器功率合成机理 刘 溯奇 ， 谭 建平 ， 文 学 1 ． 高性能复杂制造 国家重点实验室 ，湖南 长沙4 1 0 0 8 3 ； 2 ． 中南大学 机电工程学院， 湖南 长沙4 1 0 0 8 3 摘要 针对无线电能传输 系统 中单个逆变器输 出功率难以满足大功率应用需求的问题 ， 研究了无线电能 传输系统多路逆变器功率合成机理 ， 通过建立基于 2路逆变器功率合成拓扑结构的无线电能传输 系统等效 电路模型， 得 出了基于多路逆变器功率合成的无线电能传输 系统的输 出功率、 传输效率规律 。研 究结果表 明 ， 基 于 多路 逆 变器功 率合 成的 无线 电能传输 系统的输 出功 率 、 传 输 效 率均 由各 支路 逆 变 器共 同承 担 ， 且 因 各 支路 功 率驱动 能 力不 同而在 各 支路 互 补 转 移 分 配 ； 多逆 变器 功 率 合 成后 的 系统 特 性 与单 逆 变 器 工作 时 一 致 。 关 键词 无 线 电能传输 ；多路 逆 变 器；功 率合 成 ；谐振耦 合 中图分类 号 T D6 0 文 献标 志码 A 网络 出 版时 间 2 0 1 6 1 2 3 0 1 0 3 2 网络 出版地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 6 1 2 3 0 ． 1 0 3 2 ． 0 1 5 ． h t ml Po we r c o mb i na t i o n me c h a n i c s o f wi r e l e s s po we r t r a ns mi s s i o n s y s t e m b a s e d o n mu l t i i n v e r t e r s L I U S u q i 一， TAN J i a n p i n g 一， W EN Xu e ， 1． St a t e Ke y La bo r a t o r y o f Hi g h Pe r f or ma n c e a n d Co m p l e x M a nu f a c t ur i n g，Cha n gs ha 4 1 0 0 83，Chi na； 2． S c ho o l o f M e c h a ni c a l a nd El e c t r i c a l En gi n e e r i n g，Ce n t r a l S ou t h U n i v e r s i t y，Cha n gs ha 41 00 8 3，Chi n a Ab s t r a c t Fo r t h e pr o bl e m t ha t ou t pu t po we r of a s i ng l e i n ve r t e r i n wi r e l e s s p owe r t r a ns mi s s i o n s ys t e m c ou l d no t s a t i s f y l a r ge p o we r r e q ui r e me nt ，po we r c o m bi n a t i on m e c ha n i c s o f wi r e l e s s p o we r t r a ns m i s s i o n s y s t e m b a s e d o n mu l t i i n v e r t e r s wa s r e s e a r c h e d． An e q u i v a l e n t c i r c u i t mo d e l o f wi r e l e s s p o we r t r a ns mi s s i on s ys t e m wa s bui l t whi c h wa s ba s e d on p o we r c o mbi na t i o n t o po l o gy o f t wo i nv e r t e r s ，a n d l a ws o f ou t p ut po we r a nd t r a ns f e r e f f i c i e nc y o f t h e s y s t e m we r e ob t a i n e d．The r e s e a r c h r e s ul t s a r e a s f ol l o wi n g． Ou t pu t po we r a nd t r a ns f e r e f f i c i e nc y o f t he s y s t e m a r e s h a r e d by e a c h br a n c h i nv e r t e r，a nd di s t r i bu t e d i n e a c h br a n c h c ompl e m e nt a r i l y b e c a us e of di f f e r e nt po we r d r i v i ng a b i l i t y o f e a c h br a nc h． Sy s t e m c ha r a c t e r i s t i c s o f wi r e l e s s po we r t r a ns mi s s i o n s y s t e m ba s e d o n p o we r c ombi na t i on o f mul t i i nv e r t e r s i s i d e nt i c a 1 wi t h t ha t o f t he s ys t e m ba s e d o n s i ng l e i nv e r t e r． 收稿 日期 2 0 1 6 - 0 9 2 8 ； 修回 日期 2 0 1 6 1 2 0 9 ； 责任编辑 李明 。 基金项 目 国家重点基 础研究发展计划 9 7 3计划 资助项 目 2 O 1 4 C B O 4 9 4 O 5 。 作者简介 刘溯奇 1 9 7 7 一 ， 男 ， 广 西桂 林 人 ， 讲 师 ， 博 士研 究 生 ， 研究 方 向 为近 场 无线 通 信 与无 线 电 能传 输 技术 ， E ma i l L i u s u q i 2 0 0 9 1 2 6 ． c o rn 。 [6] [7] [8] [ 9] 周俊 ， 孙培林 ． 不完善度 J 值与可能偏差 E。 值 的转换 I- J ] ． 煤炭加工与综合利用 ， 2 0 1 5 1 1 4 0 4 2 ． 赵永贵． 对流干扰沉降分选 机在山脚 树矿选煤 厂的应 用[ J ] ． 煤炭加工 与综合利用 ， 2 0 1 5 7 2 2 2 3 ． 刘 新 春． 重 力 分选 性 能评 定 指标 的研 究 [ D ] ． 淮 南 安徽理工 大学 ， 2 0 1 4 1 - 4 ． 任瑞晨 ， 宋金虎 ， 程 明， 等． 低灰 浮选尾煤 的磨 矿脱 泥 浮选 工 艺 试 验 研 究 [ J ] ． 煤 炭 学 报 ， 2 0 1 5 ， 4 0 5 i1 4 3 11 4 7． 1, l O ] 段健 ， 金龙哲 ， 欧盛南 ， 等． 模 糊数 学方 法优选 高炉 喷 吹煤I- J ] ．煤炭学报 ， 2 0 1 1 ， 3 6 9 1 5 5 9 1 5 6 4 ． 1, 1 1 ] 杨纶 标． 模糊 数学 原 理及 应用 [ M] ． 北 京 科 学 出版 社 ， 2 0 1 1 ． 2 0 1 7年 第 1期 刘 溯奇等 无线 电能传 输 系统 多路逆 变 器功率合 成机 理 6 1 Ke y wo r ds wi r e l e s s po we r t r a n s mi s s i on；mul t i i nv e r t e r s；po we r c ombi na t i on；r e s o na n t c o u pl i n g 0 引 言 1 多路逆 变器 功率合 成基本 原 理 无线电能传输 Wi r e l e s s P o we r Tr a n s mi s s i o n ， WP T 是 用 电设备 以非接 触方 式从 电源 获取 能 量 的 技术 ， 实现了电源和用电设备的完全 电气隔离 ， 传输 过程安全、 可靠、 灵活度高， 为人类摆脱 电线束缚提 供 了可 能 J 。 磁 耦合谐 振 式 wP T 技 术 经 过 多 年 的发 展 ， 已 转 入应 用发 展 阶 段 ] 。在 大功 率 应用 需 求 场 合 ， 要 求 wP T 系统 的逆 变 器 具 有 足 够 的 电 能转 换 能力 ， 同时具有可控的输 出频率与功率 ， 因此 ， 大功率逆变 器 的构 造是 一个 难点 。 目前 WP T 系统 的逆 变 器 主 要 有两 类 基于 逆变技术 的逆 变器 ， 主要 有推 挽型谐 振逆变器 、 半桥逆变器或全桥逆变器等 ； 基于功率 放大器 的逆变器 ， 其功率放 大器类 型主要有 E类 、 D E类 、 F 类 等口 。 。 由 于 MOS F E T， I G B T， E、 D E 与 F类放大器等功率开关器件容量与成本等受限， 单个逆变器的容量往往无法满足 WP T系统大功率 需求 。 在 大功 率逆 变 器 构造 研 究 中 ， 往 往 通 过 多逆 变 器并联方式实现功率扩容口 。参考文献[ 1 4 ] 针对 用于 WP T系统的 E类逆变器存在磁元件损耗大、 谐振参数容差能力差及输出功率有限等缺点 ， 提 出 了一种新颖的双路 或偶数路 E类逆变器功率合成 输出的 wP T系统拓扑 。参考文献[ 1 5 ] 提 出了一种 为感应 电 力 传 输 I n d u c t i v e P o we r Tr a n s { e r ， I P T 系统提供能量的多逆变器并联拓扑 ， 使用 电感进行 能量耦 合 ， 实现大 功率输 出 ， 并 通过 改变逆 变器 并联 数量灵活地调节 I P T系统的输 出功率 ， 具有设计方 便 、 生产成本低、 功能冗余等特点。参考文献[ 1 6 ] 在 参考文献[ 1 5 ] 研究基础上 ， 详细分析 了基于该逆变 器并联拓扑供电的 I P T系统工作原理， 并采用逆变 器输 出 电压 脉宽 与移 相 角 控 制方 法 控 制 逆 变器 ， 有 效消 除 了 I P T 系统初 级线 圈 电流 的 3次 谐 波 ， 同时 实现 了 I P T系统输 出功率 的调节 。 以上研究在多路逆变器功率合成的拓扑结构 、 大功率合成的系统优化 、 逆变器并联产生 的环流的 消除等方面取得 了较大进展， 但均未对多路逆变器 各支路输出功率、 传输效率对合成后系统输 出功率、 系统传输效率的影响关系进行研究 。本文在现有研 究成果基 础上 ， 深入分析 和揭示 了多路 逆变器 的功率 合成机 理 ， 并 通过实验验证 了理论分析 的正确 性 。 1 ． 1 拓 扑 结 构 按照 逆 变器 的结构 形 式 ， 可 把多 路 逆变 器 功率 合成拓扑结构分为 3类 采用逆变技术构建的拓扑 结构 ； 采用 功率 放大技 术构 建 的拓扑结 构 ； 采 用逆 变 技术与功率放大技术构建的混合拓扑结构。基于混 合拓 扑结 构 的 WP T 系 统 如 图 1所 示 。E k 忌 一 1 ， 2 ， ⋯ 为各 逆变 器 输 入 直 流 电压 ； C 为 各逆 变 器并 联构 成 的初级 回路 补 偿 电 容 ； i 为 各 逆 变器 的输 出 电 流 ； Q Q Q Q 为 前 忌 项 全 桥 逆 变 器 MO S F E T开关管； ， ， D D 为前 项全桥逆 变器 MOS F E T开 关 管续 流 二极 管 ； Q ， Q 。 ， ⋯ ， Q 为 并联 逆 变 器个 数 为 E类 功 率放 大器 开 关 管 ； L 为 E类 功率 放 大器 的扼 流 电感 ； L r 为 E类 功 率放 大器 的调 相 电感 ； C 为 E类 功率放 大器 的分 流 电容 ；i 为发射线圈 初级线圈 回路电流 ； L 为发 射线 圈电感 ； M 为发射线圈与接收线 圈 次级线圈 问的互 感 ； L 为接 收 线 圈 电感 ； C 为接 收 线 圈 回路 补偿 电容 ； i 为接 收线 圈 回路 电流 ； R 为等 效负 载 ； 。 为 负载两 端 电压 。 图 1 基于多路逆变器功率合成混合拓扑结构的 wP T系统 1 ． 2 等效 电路 模 型及原 理 在遵循研究对象 内部基本规律 的情况下 ， 为便 于分 析 ， 以 2 路 逆 变 器 功率 合 成 为 例进 行 研 究 。基 于 2路逆变器 功率合成的 wP T 系统等效 电路如 图 2所 示 。U ， U 为 高频 电压 源 ； i ， i z 分 别 为 2个 逆 变器 支路 的高 频 电流 ； C ， C 分别 为 2个 逆 变 器 6 2 工矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 支路 的补偿 电容 ； R ， R 分 别 为发 射 线 圈 与 接 收线 圈 的损耗 电阻 和辐射 电阻之 和 。 图 2 基于 2路逆变器功率合成 的 wP T系统等效电路 若 wP T系统工作角频率为 ∞， 根据基 尔霍夫 电压 定 律 ， 有 “ 1一 i 1 j wLP RP i Pj o o Mi s 】 L1 o 一 R s R j叫 L s 上_ s J M 1 1 ． 1 一 - - 。一 】 c cJ L2 J ∞L ／ l i p i 1 i ， 为简化分析 ， 令 C 一C 。 一C ／ 2 一C， R 一R R 一R， R 一 卢为负 载 阻抗 比例 N子 ， L r L s L。引入广 义失 谐 因子 一Q o ／ o J 。 一 。 ／ ， 其 中 Q 为 品质 因数 ， Q一∞ 。 L ／ R一1 ／ 2 w 。 C R ； 。 为 电路谐 振频率 ， 。 一1 ／ ／ 2 Lc。则式 1 可化简为 f 一 尺 L 饕 J M is 1 o 一 R j叫 L 害 s jw M i 2 。 L 根 据式 2 可 得 ．． ．厶 坤一 ． i c U M 一 耘 3 ≥ 萼 式中 Z P 为发射线圈回路 自阻抗 ； Z 为接收线圈回 路 自阻抗 ； M为发射线圈回路等效电压源。 I 一 一 I { z P z s R ju L 0 ． 5 一 R 1 q- l 一 R 1 iSR 【 o ’ j2 oC R 定义广义耦合因子 M 一 将式 4 和 式 5 代人 式 3 ， 可 得 一 1 j “ 坤一 择一R ． 1 r c ㈣ 如 一号 ≥ 接收线圈回路 自阻抗 z 通过互感反射到发射 线 圈 回路 的等 效 阻抗为 z ，P一 一 R，P j x，P 7 厶 一 一 一 n 1 _ J A ， ／ 式中R ， x 分别为等效阻抗 的等效电阻和等效 电抗 。 尺 一 ㈣ 由接收线圈回路等效电流 i 可得 负载 R 吸收 的功率 即系统输出功率 P 0ut 一 R I J l 一 簧 9 系统输入功率 Pi 包含 2个部分 ① 发射线圈 回路 电阻 R 一R 所 消耗 的 功 率 ； ② 接 收 线 圈 回路 反射到发射线 圈 回路 中等 效 电阻 R 所 消耗 的功 率 。因此， 系统传输效率 系统输出功率与系统输入 功率比值 为 一 - I l 一 ㈣ 一 l 一 舞 1 ． 3 功率合 成后 的 系统特 性 1 ． 3 ． 1 系统 输 出功率 与特性 参数 的关 系 令a P 。 ／ a 一0 ， 可知在 一0 ， ／ r 。 一1 时取得 系统输 出功率极值。当 0 ， r 一1时 ， 取得 系统输 出功率 最大值 ， 为 P0 u t m a 一 1 1 由式 9 和 式 1 1 可 得 归 一 化 的 系 统 输 出 功 率 为 一 P⋯ 一 4 r P。 ⋯ 1 z - 。 一 4 1 2 采 用 Ma t l a b仿 真软件 ， 由式 1 2 得到 归一 化 的 r 系统输 出功 率特 性响应 曲线 ， 如 图 3 所 示 。 由归一 化系 统 输 出功 率 与广 义 失 谐 因 子 、 广义耦合因子 r的关系可知 1 系统存在过耦合 、 临界耦合和欠耦合 3种 状态_ 1 。 。在 r 1 临界耦合 处 ， 系统工作在谐振 t o 点 时 ， 系统 输 出 功率 取 得 最 大 值 ； 在r 1 过 耦 合 2 0 1 7年 第 1期 刘溯 奇等 无线 电能传 输 系统 多路 逆 变器功 率合 成机理 6 3 4 图 3 归一 化 的 系统 输 出功 率 特 性 响 应 曲 线 处， 存在频率分裂现象， 当 一 ／ r 一1 时， 不管在 哪个分裂频率点 ， 系统输 出功率都能取得较大值； 在 r 1 欠耦 合 处 ， 不 存在 频 率 分 裂 ， 但 随 着 r减 小 ， 系统输 出功率快速下降 。 2 由式 6 与式 1 2 可知 ， 逆 变器 支路 电流 i 或 i 包含 i ／ 2与 j “ 一“ C ／ 2 。i i 一i r ， 表 明 i 或 i 中 的 ／ 2对发 射 线 圈 回路 电流 有 贡 献 ， 而j “ 一U w C ／ 2只起调节 i 或 i 分配比例的作 用 。i 或 i 互 补转 换 由 A u 一 “ 、 一“ 驱 动 ， 互补 转 换剧烈程度还与系统工作角频率及支路补偿电容有 关 。这就 意味 着在 系统 输 出功 率一 定 的情 况下 ， 系 统输 出功 率 由各 支路 逆 变 器 共 同 承担 ， 由 于各 支 路 功率驱动能力不同， 使得总功率在各支路互补转移 分配 。 3 由于系统特 性参 数与 支路 逆变 器 参数 没 有 必然的关联 ， 多逆变器功率合成后的系统特性与单 逆 变器 工作时 的 系统 特性 一 致 。 如 多 逆 变器 功 率 合 成后 的 系统 同样存在 过耦 合 、 临界耦合 、 欠 耦合 3种 状 态等 。 1 ． 3 ． 2 系统传 输效 率与 特性参 数 的关系 令a ， 7 ／ a 一 0 ， 可 知 当 一 0 ， r c x3 时 ， 叩取 得 极 值。系统传输效率最大值为 。 一 1 3 采 用 Ma t I a b仿 真软 件 ， 由式 1 0 可得 到 系统传 输 效率 特性 响应 曲线 ， 如 图 4 所 示 。 A c 』9 0 ． 8 d 卢 1 图 4 系统 传输 效率 特性 响应 曲线 由系统传输效率 刁与广义失谐因子 、 广义耦合 因子 r 及 负载阻抗 比例因子 口的关 系可 知 1 系统传输效率 玑广义耦合因子 r 构成的关 系曲线 以负 载 阻抗 比例 因子 为 渐近 线 ， 且具 有 相 同的变 化趋 势 。负载 阻抗 比例 因子 称为效 率影 响 因子 ， 其对系统传输效率 有重要影响。当 ≥0 ． 8 时， 系统传输效率较高。 2 当系统工作于频率分裂点， 即 ≠0时， 系 统 传输 效率 低于 一0时 的值 。 l l 越 大 ， 相 应 的系 统传输效率减少越多 。 3 系统传输 效率 叩除 了受 影 响外 ， 还 与 r 有 关。当 ∈ 一o ， 0 r 2时 ， 系统传输 效率 刁 以相对平缓 的方 式趋 向于负 载阻抗 比例 因子 。 4 由式 6 、 式 1 0 可 知 ， 由于 系 统 特 性 参数 与支路 逆变 器参 数 没 有必 然 的 关 联 ， 多逆 变 器功 率 合成后的系统传输效率与各支路的传输效率无必然 关联 。在系统传输效率一定 的情况下， 系统传输效 率由各支路逆变器共 同承担。由于各支路功率驱动 能 力不 同 ， 使 得 系 统 传 输 效 率 在 各 支 路 互 补 转 移 分 配 。 2实验及 结 果分析 为 了验 证 理论 分 析 的正 确性 ， 构建 了 如 图 1所 示 的 2路 逆 变 器功 率 合 成 的 wP T实 验 系统 ， 并 针 对 基 于本文所 述 的多路逆 变器 功率 合成混 合拓 扑结 构 的 wP T 系统进行 了实 验 。实验 仪 器及 相关 设 备 主 要为 2台电压可 调 的直流稳 压 电源 、 TH2 8 2 9 C型 电桥分 析仪 、 P 6 0 2 2型 电 流探 头 、 D S 2 2 0 2 A 型 双 通 道数字示波器等。TH2 8 2 9 C型电桥分析仪用于测 量 高 频 状 态 下 的 电 阻 、 电 容 和 电感 ， 测 量 误 差 为 1 ， 测 量 结 果 见 表 1 ， 其 中 系 统 固 有 频 率 f o 一 1 ／ 2 丌 ／ L C L， C分别为功率合 成后的系统等效 电感 与等效 补偿 电容 。P 6 0 2 2型 电流 探 头用 于测 量 高 频 电 流 。 D S 2 2 0 2 A型 双 通 道 数 字 示 波 器 用 于 测 量 表 1 W P T 系 统 主 要 参数 参数 取值 固有频 率 ／ k Hz 发射 、 接收线圈电感 L p ， L s ／ tt H 逆变器支路补偿电容 Ci ， C 2 ／ n F 接 收线圈 回路补偿电容 C s ／ n F 等效负载 RI ／ n 6 4 工矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 高频电压 ， 从而计算系统输出功率与系统传输效率。 经实验验证 ， 多路逆变器功率合成后的系统表 现， 即 1 ． 3中关于系统输出功率与系统传输效率 的 理论分析结果与实验结果较为一致 。系统存在的过 耦合 、 临界耦合和欠耦合 3种状态及频率分裂现象 可参考文献[ 1 7 1 8 3 。本文重点分析多路逆变器各 支路输出功率 、 传输效率对合成后系统输出功率、 系 统传输效率的影响关系 ， 以及 当一路逆变器支路工 作 于系统 固有 频率 且 保 持 不 变 、 另一 路 逆 变 器 支路 工作 频率 可调 时 的实验 现象 。 2路逆变器驱动功率与初级线 圈回路输 出功率 曲线 如 图 5 所 示 。结合 图 5与式 6 可 知 ， 在 输 出功 率一 定 的情况 下 ， 输 出功 率 由各 支 路逆 变器 共 同承 担 ， 由于各支路功率驱动能力不同， 总功率在各支路 互 补转 移分 配 ， 表 现为 电流 互 补转 移 分 配 。当提 升 功率输出能力时 ， 如从发射线圈回路输 出功率 A 曲 线提升到发射线圈回路输 出功率 B曲线 ， 需同时提 升逆变器 1与逆变器 2驱动功率能力或调节某一路 逆变器驱动功率能力， 使其 回路总功率转移并 由其 完全 承担 ， 才能 继续提 升 功率输 出能 力 。同理 ， 在系 统传输效率一定 的情况下 ， 系统传输效率 由各支路 逆变器共同承担 ， 由于各支路功率驱动能力不同， 系 统传输效率在各支路互补转移分配 ， 其变化曲线与 图 5 类 似 。 图 5 2 路逆变器驱动 功率 与初级线 圈回路输 出功率 曲线 2路逆变器 电压合成输 出波形如图 6所示 ， 通 道 1 、 通道 2 分别为发射线圈回路、 接收线圈 回路 电 压 波形 。在 图 6 a 中 ， 2路 逆 变 器 的驱 动频 率 与 固 有频率一 致或一 路频率 是基 波频 率 的倍 频时 ， 经 2 路 逆变 器支 路 电压 波形 叠 加之 后 ， 发 射线 圈 回路 、 接收线圈回路的电压幅值与频率是稳定 的， 但倍频 逆变器 对 系统功 率 贡 献 较 少 ； 在 图 6 b 中 ， 发 射 线 圈 回路 中 的一 路 逆 变 器 的驱 动 频 率 与 固 有 频 率 一 致， 另一路不等于基波频率及倍频， 逆变器支路 电压 波形 叠加 出现 了 电压振 幅 与频 率 的 抖 动 ， 调 节 一 路 逆变器频率 ， 在某些频点 电压振幅与频率抖动达到 最大值 ， 逆 变器 功 耗 明显 增 加 。从 信 号 处 理 的 角 度 可知 ， 频率 不 等于基 波 频 率 及倍 频 的 能量 信 号 可 看 作噪声。因此 ， 多路逆变器的工作频率应需一致。 有效值 - 1 I 4 3 1 V频率 1 0 8 7 k Hz 有效值一1 1 2 5 4V 频率1 0 8 7 l d - l z 相位 1 2 0 0 0 0 a 同频率 电压波形 有效值- 1 1 2 0 2 V 频率1 0 8 7 k Hz 有效值一 l 1 1 4 9 V频率 1 1 11 k Hz相位 l 一2 7 8 2 6 b 不 同频率 电压波形 图 6 2 路逆变器 电压合成输 出波形 3 结论 1 在 系统 输 出功 率 一 定 的情 况 下 ， 系 统 输 出 功率 由各支路逆变器共同承担 。由于各支路功率驱 动能 力不 同 ， 系统输 出功 率在 各支 路互 补转 移分 配 。 2 多 逆变器 功 率合成 后 的 系统传 输 效率 与 各 支路 的传输效率无必然关联 ， 在系统传输效率一定 的情 况 下 ， 系统传 输效率 由各 支路 逆变 器共 同承 担 。 由于各 支路 功率 驱动 能 力 不 同 ， 系 统传 输效 率 在 各 支 路互 补转移 分 配 。 3 由于 系统 的特性 参数 与支 路 逆变 器 参数 没 有必然的关联， 多路逆变器 功率合成后的系统特性 与单逆 变器 工作 时 的 系统 特 性 一 致 ， 如 多 路逆 变 器 功率合 成 系统 同样存 在 过 耦 合 、 临界 耦 合 和欠 耦 合 3 种 状态 等 。 4 当一路逆变器工作于系统固有频率且保持 不变 ， 另一路逆变器工作频率可调时 ， 在基频 固有 频率 处 ， 系统波 形是 稳定 的 ， 传 输效 率较 高 ； 当频率 为倍频 时 ， 系统 波形也 是稳 定 的 ， 其他 频率 处 的波形 2 0 1 7年第 1期 刘溯奇等 无线电能传输 系统多路逆变器功率合成机理 6 5 叠加 后不 稳定 ， 出现 电压 振幅与 系统 频率 抖动 现象 。 5 由于 w P T系 统 的功 率 是 由多 路 逆变 器 共 同承担的， 在功率与电流均分的情况下 ， 应 同时提升 或降低功率驱动能力 ， 避免功率由某一路或几路逆 变器 承 担 的极 端情况 ， 从 而超 出容量 极 限 ， 造成 系统 损坏 。 参考文献 [1 ] [ 2] [3 ] [ 4] [5] [6] [7 ] [8] [9 ] KURS A， KARAL I S A， MOFF ATT R， e t a 1 ． W i r e l e s s p o we r t r a n s f e r v i a s t r o n g l y c o u p l e d ma g n e t i c r e s o n a n c e s [ J ] ． S c i e n c e ， 2 0 0 7 ， 3 1 7 5 8 3 4 8 3 8 6 ． 范兴明 ， 莫小勇 ， 张鑫． 无线电能传输技术的研究现状 与应用E J ] ． 中 国电机工程 学报 ， 2 0 1 5 ， 3 5 1 O 2 5 8 4 2 60 0． 杨庆新 ， 章鹏程 ， 祝丽 花 ， 等． 无线 电能传 输技 术 的关 键基础与技术瓶颈 问题 [ J ] ． 电工技 术学 报 ， 2 0 1 5 ， 3 0 5 1 - 8 ． HUI S Y R，Z H0NG We n x i n g，LE E C K．A c r i t i c a l r e vi e w o f r e c e nt pr og r e s s i n mi d r a n ge wi r e l e s s p o we r t r a n s f e r[ J ] ． I E E E Tr a n s a c t i o n s o n I n d u s t r i a l El e c t r o n i c s ，2 0 1 4 ，2 9 9 4 5 0 0 4 5 1 1 ． 程时杰 ， 陈小 良， 王 军华 ， 等． 无 线输 电关键技 术及其 应用[ J ] ． 电工技术学报 ， 2 0 1 5 ， 3 0 1 9 6 8 8 4 ． 侯洁． 中小功率等级感应耦合 电能传输系统 的设计 与 实现[ D] ． 重庆 重庆大学，2 0 1 3 ． 李均锋 ， 廖承林 ，王丽芳 ． 基 于 E类放 大器的 中距 离 无线能量传输系统[ j - I ． 电工 技术学报 ，2 0 1 4 ， 2 9 9 7 1 1． ZHANG L．De s i gn o f wi r e l e s s p owe r t r a ns f e r s ys t e m u s i n g E - c l a s s a mp l i f i e r [ C ] ／ ／ I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n Ad v a n c e d Ma t e r i a l S c i e n c e a n d E n g i n e e e r i n g， Sh e nz he n，2 01 6 23 1 - 2 39 ． NAGASHI MA T， WEI X Q， B0U E， e t a I ． An a l y t i c a l d es i gn f or r e s o na nt i nd uc t i v e c o up l i ng wi r e l e s s p o we r t r a n s f e r s y s t e m wi t h c l a s s E i n v e r t e r a n d c l a s s DE r e c t i f i e r [C] ／ ／ I E E E I n t e r n a t i o n a l Sy mpo s i um o n Ci r c u i t s a nd Sy s t e ms，Li s b on，201 5 6 86 68 9． [ 1 O ] [ 1 1 ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] [ 1 7 ] [ 1 8 ] LI U M ， FU M ， M A C． Pa r a me t e r d e s i gn f o r a 6． 78 M Hz wi r e l e s s p o we r t r a ns f e r s y s t e m b as e d o n a n a l y t i c a l d e r i v a t i o n o f c l a s s E c u r r e n t d r i v e n r e c t i f i e r [ J ] ．I E E E T r a n s a c t i o n s o n P o w e r E l e c t r o n i c s ， 2 0 1 5 ， 3 1 6 1 1 2 ． 麦瑞坤 ，陆立文 ， 李勇． 两逆 变器 并联 I P T系统 的环 流消除 方法 研 究 [ J ] ． 电工 技 术 学 报 ， 2 0 1 6 ， 3 1 3 8 1 5． ZHANG Y， YU M ， LI U F， e t a 1 ．I n s t a nt a n e o us c ur r e n t s ha r i n g c o nt r ol s t r a t e g y f o r p a r a l l e l op e r a t i o n o f UP S mo d u l e s u s i n g v i r t u a l i mp e d a n c e [ J ] ． I E E E Tr a n s a c t i o n s o n P o we r El e c t r o n i c s ， 2 0 1 3 ， 2 8 1 43 2 4 40 ． SCHONKNECHT A， DE DONCKER R W ． No v e l t o p o l o g y f o r p a r a l l e l c o n n e c t i o n o f s o f t s wi t c h i n g， h i g h p o w e r ， h i g h f r e q u e n c y i n v e r t e r s[ J