非接觸感應供電技術(shù)及其在扭矩測試中的應用

由于副邊同樣存在兩種補償方式，因此，非接觸感應供電系統(tǒng)的補償電路共四種：原邊串聯(lián)-副邊串聯(lián)補償(SS)，原邊串聯(lián)-副邊并聯(lián)補償(SP)，原邊并聯(lián)-副邊串聯(lián)補償(PS)，原邊并聯(lián)-副邊并聯(lián)補償(PP)。

當原邊電路中的電感與電容組成諧振電路時，輸入電壓和電流同相位，電路的無功功率為零，視在功率最小，對供電電源的要求也最低。

在原邊串聯(lián)補償電路中，電源的負載阻抗為：

設(shè)計原邊補償電容時保證式(11)和(12)的虛部為零，系統(tǒng)處于諧振狀態(tài)，可以有效降低電源的電壓電流定額，使得原邊電壓電流同相位，輸入具有高功率因數(shù)。

原、副線圈處于諧振時，原邊補償電容計算結(jié)果見表1.

1.3 頻率選擇

通過前文原、副邊補償以及互感模型可知，選擇系統(tǒng)工作頻率是非接觸感應供電系統(tǒng)設(shè)計的第一步，從式(6)中可以看出，頻率越高，副邊感應輸出的電壓越大，傳輸功率越高，因而非接觸供電系統(tǒng)宜采用高頻逆變系統(tǒng)。

然而逆變電路提供的交變電流頻率受限于目前電子器件技術(shù)水平和磁場發(fā)射相關(guān)標準，另一方面頻率的提高使得原、副邊互感繞組兩端的感應電壓迅速提高，這將對逆變電路的開關(guān)管和副邊整流電路提出更高的要求。因此，應該綜合考慮非接觸感應供電的復雜程度、現(xiàn)場對系統(tǒng)的體積重量要求及系統(tǒng)成本等因素來選取系統(tǒng)工作頻率。通常，在低功耗供電時，選擇工作頻率處于10~100 kHz之間比較合理。隨著科技水平的不斷進步，系統(tǒng)頻率可望進一步提高，從而使得系統(tǒng)體積更小、重量更輕。

2 非接觸感應供電技術(shù)在扭矩測試中的應用

一個典型的無線扭矩測試系統(tǒng)應該包括測量電路、信號放大電路、數(shù)據(jù)采集及無線傳輸模塊等部分。其中測量電路由應變片搭建惠斯通電橋?qū)崿F(xiàn)扭矩物理信號和微弱電壓信號的轉(zhuǎn)換，信號放大電路由高性能運算放大器搭成差動放大電路組成，數(shù)據(jù)采集模塊將變化的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由無線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送至固定在軸承座或箱體特定位置的接收裝置，接收裝置將接收的信號轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)軸的扭矩值，從而完成對旋轉(zhuǎn)軸的扭矩測試。扭矩應變片、信號放大電路、數(shù)據(jù)采集模塊和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的工作電壓一般為5~12 V,工作電流為10~100 mA,屬于低功耗模塊。

2.1 非接觸感應供電模塊的電路設(shè)計

綜合考慮非接觸感應供電模塊的復雜程度、體積、成本以及扭矩測試的工作電壓和工作電流需求，設(shè)計扭矩測試系統(tǒng)的非接觸供電模塊的原邊電路和副邊電路如圖5所示。

原、副邊繞組均設(shè)計為圓環(huán)，原邊繞組固定在支架上靜止不動，副邊繞組隨軸旋轉(zhuǎn)，原、副邊繞組同軸且間隔一定距離，此種設(shè)計簡便可靠，在安裝時不需要破壞旋轉(zhuǎn)軸的物理結(jié)構(gòu)，原、副繞組的安裝方式如圖6 所示。原、副繞組之間沒有任何直接的接觸，因此實現(xiàn)了電能的非接觸傳輸。

非接觸供電模塊的體積大小對于系統(tǒng)安裝至關(guān)重要，體積越小越能滿足更多場合的需要，故選取芯片時在滿足功能要求的前提下選擇封裝小的高集成芯片，本系統(tǒng)采用XKT-408A 集成PWM 方波調(diào)制發(fā)生器芯片、T5336集成晶閘管芯片和T3168開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片。

原、副邊繞組可根據(jù)具體要求設(shè)計，這里設(shè)計原、副