非接觸式松耦合感應電能傳輸系統(tǒng)原理分析與設計

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，測試出副邊接受線圈的開路電壓V_oc和短路電流I_sc。確定這一乘積(V_ocI_sc)也可以用一個與設計的接受線圈同匝數(shù)的小尺寸接受線圈來完成，避免因為接受線圈電流定額不夠而返工。當然，也可采用相應的電磁場仿真軟件包進行模擬設計。但仿真設計過程比較復雜。

4.5 確定副邊補償

4.5.1 副邊補償?shù)燃?

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

Q_s= (12)

式中：P為至負載的傳輸功率。

從而副邊所需要的V·A定額為

S_s=P (13)

如果副邊實際的VA定額高于式(13)的計算值，系統(tǒng)就可以傳輸所需的功率。反之，該設計不能傳輸所需功率P，必須對設計作出相應的調(diào)整來增加功率傳輸能力。一般可以考慮以下4種途徑：

——加粗接受線圈繞組線徑或增大鐵芯截面積；

——增大原邊電流；

——改進電磁裝置的耦合程度，提高互感值M；

——適當提高系統(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。實際設計中，應綜合考慮性能和成本選擇性價比最好的方案作為最優(yōu)設計。

4.5.2 副邊補償拓撲

當副邊VA定額滿足設計要求后，下一步就應當確定副邊補償具體采用的拓撲形式。補償拓撲的選擇依賴于具體的應用場合。并聯(lián)補償對應電流源特性，適合于電池充電器等場合；串聯(lián)補償對應于電壓源特性，適用于電機驅(qū)動供電等場合。

4.6 確定原邊補償

副邊補償設計完成后，設計原邊補償。根據(jù)已知的原邊電流和松耦合感應裝置原邊繞組電感量，可以確定原邊繞組端電壓。從而計算出原邊VA定額，用實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，原邊補償電路形式也取決定于應用場合。當原邊采用較長電纜時，適合采用串聯(lián)補償；當原邊采用集中繞組時，適合采用并聯(lián)補償。

4.7 系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制性核查

最后一步要對系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制性進行核查，這是系統(tǒng)能否在實際應用場合被采用的最關(guān)鍵的一步。如上所述，若Q_pQ_s必須對系統(tǒng)進行透徹的穩(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，就必須對系統(tǒng)參數(shù)進行調(diào)整。常用的方法包括增大原邊電流、改進松耦合感應裝置的結(jié)構(gòu)或改變系統(tǒng)頻率等。

5 結(jié)語

文中給出了松耦合感應電能傳輸?shù)幕驹?，基于系統(tǒng)補償設計和系統(tǒng)控制問題的討論，給出了松耦合感應電能傳輸系統(tǒng)的一般性設計方法，這一系統(tǒng)的設計在很大程度上依賴于設計者對各設計參量之間相互依賴關(guān)系的理解，需要特別注意的是在各參數(shù)設計完成后，要對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可控性進行全面的考察，確保系統(tǒng)設計的有效性。