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構或改變系統(tǒng)頻率等。

5 結語

文中給出了松耦合感應電能傳輸?shù)幕驹恚谙到y(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。