非接觸式松耦合感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)原理分析與設(shè)計(jì)

在電容串聯(lián)補(bǔ)償電路中，副邊網(wǎng)絡(luò)的阻抗為

Z_s=R＋jωL_s＋ （5）

輸出功率為

P_o= （6）

當(dāng)補(bǔ)償電容C_s取值滿足與副邊電感L_s在系統(tǒng)工作頻率處諧振時(shí)，副邊網(wǎng)絡(luò)感抗與容抗互消，為純電阻，輸出電壓與負(fù)載無(wú)關(guān)，等效于輸出電壓為副邊開(kāi)路電壓的恒壓源，理論上電能傳輸不受限制。

電容并聯(lián)補(bǔ)償電路副邊網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)納為

Y_s=＋jωC_s （7）

輸出功率為

P_o= （8）

式中：I_sc為副邊短路電流。

當(dāng)補(bǔ)償電容C_s取值滿足與副邊電感L_s在系統(tǒng)工作頻率處諧振時(shí)，副邊網(wǎng)絡(luò)感納與容納互消，為純電導(dǎo)，輸出電流與負(fù)載無(wú)關(guān)，等于副邊短路電流，理論上電能傳輸不受限制。

為使副邊諧振頻率為系統(tǒng)頻率，補(bǔ)償電容的取值應(yīng)滿足式(5)和式(7)中的虛部為零。

在松耦合感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中，副邊電路對(duì)原邊電路的工作的影響，可以用副邊電路反映至原邊電路的反映阻抗Zr來(lái)表示。

Z_r= (9)

式中：Z_s對(duì)應(yīng)副邊網(wǎng)絡(luò)阻抗，見(jiàn)式(5)和式(7)，反映阻抗結(jié)果列于表1中(ω₀為系統(tǒng)頻率)。

表1 原副邊采取不同補(bǔ)償拓?fù)鋾r(shí)的補(bǔ)償電容及反映阻抗值

2.2 原邊補(bǔ)償

LCIPT系統(tǒng)中，原邊載流線圈中流過(guò)有效值較高的高頻電流，可直接采用PWM工作方式的變換器獲得這一高頻電流，變換器的電壓電流定額較高，系統(tǒng)成本高。為此，必須采取必要的補(bǔ)償措施，來(lái)有效降低變換器電壓電流定額。與副邊補(bǔ)償相似，根據(jù)電容接入電路的連接方式，也可采用串聯(lián)補(bǔ)償和并聯(lián)補(bǔ)償兩種基本補(bǔ)償電路。

在電容串聯(lián)補(bǔ)償電路中，電源的負(fù)載阻抗為

Z_t=jωL_p＋＋Z_r (10)

電容電壓補(bǔ)償了原邊繞組上的電壓，從而降低了電源的電壓定額。

在電容并聯(lián)補(bǔ)償電路中，電源的負(fù)載導(dǎo)納為

Y_t==jωC_p＋ (11)

電容電流補(bǔ)償了原邊繞組中的電流，從而降低了電源的電流定額值。設(shè)計(jì)時(shí)保證式（10）和式（11）的虛部在系統(tǒng)諧振頻率處為零，可以有效降低電源的電壓電流定額，使得電壓電流同相位，輸入具有高功率因數(shù)。其結(jié)果列于表2中。

表 2 原 邊 補(bǔ) 償 電 容 值

原邊采取何種補(bǔ)償電路，對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合的依賴性很大。當(dāng)原邊采用較長(zhǎng)電纜時(shí)，電纜端電壓會(huì)很高，適合采用串聯(lián)補(bǔ)償，降低電源電壓應(yīng)力；當(dāng)原邊采用集中繞組時(shí)，為了磁場(chǎng)發(fā)射需要，一般要求較高電流，適合采用并聯(lián)補(bǔ)償，降低電源電流應(yīng)力。