非接觸式松耦合感應電能傳輸系統原理分析與設計

在電容串聯補償電路中，副邊網絡的阻抗為

Z_s=R＋jωL_s＋ （5）

輸出功率為

P_o= （6）

當補償電容C_s取值滿足與副邊電感L_s在系統工作頻率處諧振時，副邊網絡感抗與容抗互消，為純電阻，輸出電壓與負載無關，等效于輸出電壓為副邊開路電壓的恒壓源，理論上電能傳輸不受限制。

電容并聯補償電路副邊網絡的導納為

Y_s=＋jωC_s （7）

輸出功率為

P_o= （8）

式中：I_sc為副邊短路電流。

當補償電容C_s取值滿足與副邊電感L_s在系統工作頻率處諧振時，副邊網絡感納與容納互消，為純電導，輸出電流與負載無關，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頻率，補償電容的取值應滿足式(5)和式(7)中的虛部為零。

在松耦合感應電能傳輸系統中，副邊電路對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來表示。

Z_r= (9)

式中：Z_s對應副邊網絡阻抗，見式(5)和式(7)，反映阻抗結果列于表1中(ω₀為系統頻率)。

表1 原副邊采取不同補償拓撲時的補償電容及反映阻抗值

2.2 原邊補償

LCIPT系統中，原邊載流線圈中流過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，系統成本高。為此，必須采取必要的補償措施，來有效降低變換器電壓電流定額。與副邊補償相似，根據電容接入電路的連接方式，也可采用串聯補償和并聯補償兩種基本補償電路。

在電容串聯補償電路中，電源的負載阻抗為

Z_t=jωL_p＋＋Z_r (10)

電容電壓補償了原邊繞組上的電壓，從而降低了電源的電壓定額。

在電容并聯補償電路中，電源的負載導納為

Y_t==jωC_p＋ (11)

電容電流補償了原邊繞組中的電流，從而降低了電源的電流定額值。設計時保證式（10）和式（11）的虛部在系統諧振頻率處為零，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。其結果列于表2中。

表 2 原 邊 補 償 電 容 值

原邊采取何種補償電路，對應用場合的依賴性很大。當原邊采用較長電纜時，電纜端電壓會很高，適合采用串聯補償，降低電源電壓應力；當原邊采用集中繞組時，為了磁場發射需要，一般要求較高電流，適合采用并聯補償，降低電源電流應力。