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)

4.4 確定(V_ocI_sc)值

根據(jù)所選擇的電磁裝置，在原邊電流為所選I_p時(shí)，測(cè)試出副邊接受線(xiàn)圈的開(kāi)路電壓V_oc和短路電流I_sc。確定這一乘積(V_ocI_sc)也可以用一個(gè)與設(shè)計(jì)的接受線(xiàn)圈同匝數(shù)的小尺寸接受線(xiàn)圈來(lái)完成，避免因?yàn)榻邮芫€(xiàn)圈電流定額不夠而返工。當(dāng)然，也可采用相應(yīng)的電磁場(chǎng)仿真軟件包進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)。但仿真設(shè)計(jì)過(guò)程比較復(fù)雜。

4.5 確定副邊補(bǔ)償

4.5.1 副邊補(bǔ)償?shù)燃?jí)

副邊電路不加補(bǔ)償時(shí)，負(fù)載能夠獲得的最大功率傳輸?shù)扔?V_ocI_sc/2)。如果負(fù)載所需功率值超過(guò)這一值，則副邊需要采用補(bǔ)償電路，副邊電路的品質(zhì)因數(shù)可用式（12）計(jì)算。

Q_s= (12)

式中：P為至負(fù)載的傳輸功率。

從而副邊所需要的V·A定額為

S_s=P (13)

如果副邊實(shí)際的VA定額高于式(13)的計(jì)算值，系統(tǒng)就可以傳輸所需的功率。反之，該設(shè)計(jì)不能傳輸所需功率P，必須對(duì)設(shè)計(jì)作出相應(yīng)的調(diào)整來(lái)增加功率傳輸能力。一般可以考慮以下4種途徑：

——加粗接受線(xiàn)圈繞組線(xiàn)徑或增大鐵芯截面積；

——增大原邊電流；

——改進(jìn)電磁裝置的耦合程度，提高互感值M；

——適當(dāng)提高系統(tǒng)頻率。

第1種方案增加了副邊的成本；第2種方案增加了原邊的成本；第3種方案增加了松耦合感應(yīng)裝置的成本；第4種方案受現(xiàn)有功率電子技術(shù)的限制。實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮性能和成本選擇性?xún)r(jià)比最好的方案作為最優(yōu)設(shè)計(jì)。

4.5.2 副邊補(bǔ)償拓?fù)?

當(dāng)副邊VA定額滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后，下一步就應(yīng)當(dāng)確定副邊補(bǔ)償具體采用的拓?fù)湫问?。補(bǔ)償拓?fù)涞倪x擇依賴(lài)于具體的應(yīng)用場(chǎng)合。并聯(lián)補(bǔ)償對(duì)應(yīng)電流源特性，適合于電池充電器等場(chǎng)合；串聯(lián)補(bǔ)償對(duì)應(yīng)于電壓源特性，適用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)供電等場(chǎng)合。

4.6 確定原邊補(bǔ)償

副邊補(bǔ)償設(shè)計(jì)完成后，設(shè)計(jì)原邊補(bǔ)償。根據(jù)已知的原邊電流和松耦合感應(yīng)裝置原邊繞組電感量，可以確定原邊繞組端電壓。從而計(jì)算出原邊VA定額，用實(shí)際傳輸功率除以這一VA定額，可以得到原邊品質(zhì)因數(shù)Q_p的大小。如前所述，原邊補(bǔ)償電路形式也取決定于應(yīng)用場(chǎng)合。當(dāng)原邊采用較長(zhǎng)電纜時(shí)，適合采用串聯(lián)補(bǔ)償；當(dāng)原邊采用集中繞組時(shí)，適合采用并聯(lián)補(bǔ)償。

4.7 系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制性核查

最后一步要對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制性進(jìn)行核查，這是系統(tǒng)能否在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合被采用的最關(guān)鍵的一步。如上所述，若Q_pQ_s必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行透徹的穩(wěn)定性分析。若系統(tǒng)不能保證在所有工作情況下控制穩(wěn)定，就必須對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。常用的方法包括增大原邊電流、改進(jìn)松耦合感應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)或改變系統(tǒng)頻率等。

5 結(jié)語(yǔ)

文中給出了松耦合感應(yīng)電能傳輸?shù)幕驹恚谙到y(tǒng)補(bǔ)償設(shè)計(jì)和系統(tǒng)控制問(wèn)題的討論，給出了松耦合感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的一般性設(shè)計(jì)方法，這一系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在很大程度上依賴(lài)于設(shè)計(jì)者對(duì)各設(shè)計(jì)參量之間相互依賴(lài)關(guān)系的理解，需要特別注意的是在各參數(shù)設(shè)計(jì)完成后，要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可控性進(jìn)行全面的考察，確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性。