可分离变压器实现的非接触电能传输系统研究(1)
无线能量传输技术研究
无线能量传输技术研究作者：王枢来源：《科教导刊·电子版》2017年第34期摘要本文对无线能量传输技术的背景、方式、特点进行了研究，并分析了可行性。
关键词无线能量传输特点可行性中图分类号：TM724 文献标识码：A1无线能量传输技术的背景无线能量传输或无线功率传输，是指能量从能量源传输到店负载的一个过程，这个过程不是用传统的有线来完成，而是通过无线传输实现。
从上世纪末开始，电子信息技术的发展突飞猛进，当前还呈现出移动和无线通信网络日益融合的趋势，凭借新一代无线网络技术，人们可以“随时、随地”联网，可以利用蓝牙技术进行无线传输数据。
而无线能量传输技术将使手机、笔记本电脑、电视等家用电器，乃至大型的电力系统实现“隔空”能量输送——不难猜想这会省去多少麻烦——这也必将会是生活空间中无线技术的又一轮革命。
无线能量传输技术不仅在工厂企业、能源、航天航空、军事、水下作业等领域有重要价值，而且在家用电器、交通设施、医疗卫生等民用领域也具有广泛的应用前景。
在中国科技协会成立50周年的庆祝活动中，无线能量传输技术被评为“10项引领未来的科学技术”之一。
2无线能量的传输方式目前，根据无线能量的传输方式，可将其分为三种：辐射式、电磁感应式以及电磁共振式。
2.1辐射传输式辐射能量传输方式，主要是以微波的形式通过天线发送和接收能量，例如微波无线能量传输技术，就是利用微波转换装置把直流电转换成微波，然后通过天线发射；接收天线接收大功率微波束后，将其通过微波整流器重新转变为直流电。
2.2电磁感应传输式电磁感应式传输是利用电磁感应原理，采用可分离变压器或松耦合变压器实现非接触感应式电能的传输。
该技术是将两个电磁线圈放置在相邻的位置上，当其中一个线圈中流动的电流发生变化时，另外一个线圈中也产生感应电动势，从而实现能量的无线传输。
2.3电磁共振传输式电磁共振式能量传输是由电场与磁场在相同频率下发生共振相互作用实现电磁能量的无线传输，这种方式也是目前宇宙空间中最广泛、传递速度最快的一种能量传输方式，由于电磁波传播速率为光速，且传输定点性好，因此这种能量传输的无线方式最有发展前景。
可分离变压器的数学模型及仿真研究
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｄ ｅ ｔ ａ ｃ ｈ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ ； ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｌ ｅ ｓ ｓ ｅ ｎ ｅ ｒ ｙ ｇ ｒａ ｔ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ； ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ； ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
传统 的电能传输 主要通过导线进行 ， 这种传输 方式 由于存在 摩Байду номын сангаас 和导 体 裸 露 ， 不 仅容 易 产 生 接 触 火花 ， 而 且 还 存 在 滑 动 磨 损 和碳 积 问题 ， 促 使 矿
井、 油 田等 易 燃 易 爆 场合 的 安 全 隐 患 增 加 。 对 此 ， 结合 电磁 感 应耦 合 技 术 和 电力 电 子 技 术 的 非 接 触
中图分类号 ：Ｔ Ｍ ４ ０ ２ 文献标 志码 ：Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ２—１ ６ ６ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５— ０ ４ ２ ０— ４ ０
Ｍ ａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄｅ ｌ ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｍ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄｅ ｔ ａ ｃ ｈ ａ ｂｌ ｅ ｔ ｒ ａ ｎｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ
第３ ５卷 第 ５期
２ ０ １ ３年 ｌ ０月
黑
龙
江
电
力
Ｖ ０ １ ． ３ ５ Ｎｏ ． ５ ０ｃ ｔ ．２ ０ １ ３
ＨＥ Ｉ Ｌ ＯＮＧＪ Ｉ ＡＮＧ ＥＬ ＥＣ Ｔ ＲＩ Ｃ Ｐ ＯＷ Ｅ Ｒ
可 分 离 变压 器 的数 学 模 型 及 仿 真 研 究
郭 瑞
非接触感应能量传输系统中松耦合变压器的研究
前 ，在大功率汽车充电系统和矿井等特殊场合 已 经成功开始使用。 在松耦合感应电能传输系统 中，能量发射装 置和能量接收装置之间一般是通过有较大距离的 分离式变压器来连接。分离式变压器的漏感具有
电磁感应耦合理论 ，现代电力 电子能量变换技术
及控制理论于一体 的新型电能传输模式 。实现了
维普资讯
第１ ０卷第 ４期
２０ ０７年 ４月
它 涤 艘 石 嗣
Ｐ ＯＷＥＲ Ｓ Ｐ Ｙ Ｔ ＨＮ ＯＧＩ Ｓ ＡＮ ＡＰ Ｌ Ｃ Ｉ ＵＰ Ｌ ＥＣ ＯＬ Ｅ Ｄ Ｐ Ｉ ＡＴ ＯＮＳ
ＶｏＪ ０ Ｎｏ４ ｌ ． １
Ａ ｒ ０ ７ ｐ ｌ２ ０ ｉ
在供电线路和用电设备之间的非物理连接下 的能
较高的数量级 ， 不仅影响能量传输 的功率和效率 ，
而且会加大功率器件的电压应力 。虽然通过补偿
的方 式可 以减 小开 关器 件 的 电压应力 ，但 是 远距
量传输［ 从而克服了传统接触供 电方式所具有的 ２ １ 。
接触火花 、 碳积 、 磨损 、 不安全等一系列缺陷ｌ ４ Ｊ 。目
真 存在 差异 的原 因。 关 键词 ： 松耦 合 变压 器 ； 率传 输 能力 ； 功 耦合 系数 ；气 隙
Ｉ ｖ ｓｉ ａ ｏ ｆｔ ｅ Ｌｏ ｓ ｌ ｕ ｌｄ Ｔｒ ｎ ｆ ｒ ｒｉ ｎ ｅ ｔｇ ｔ ｎ ｏ ｏ ｅｙ Ｃｏ ｐ ｅ ａ ｓｏ ｍｅ ｉ ｈ ｎ
中 图分类号 ：Ｍ４ １ Ｔ ０
文献标识 码 ： Ｂ
文章 编号 ：２９ ２ １（０７） — ０４ ０ ０ １— ７３ ２０ ０ ０５ —５ ４
０ 引言
松耦合感Байду номын сангаас 电能传输模式 （ｏｓ ｙＣ ｕｌ Ｌｏｅ ｏｐ ｄ ｌ ｅ
非接触式电能传输技术概述
非接触式电能传输技术概述期内容：西电智慧电气杯创新大赛科技前沿最近，非接触式电能传输( Contactless Energy Transfer, CET )技术得到了广泛的研究与关注，为移动设备供电提供了新的路径，即有效避免了线缆、插头和导电滑环；对于一些诸如航空、生物医学、多传感器应用、机器人工业这样的重要领域，CET技术显著地增加了系统的可靠性，减少了装备的维护工作。
本文对基于电力电子电路的CET 技术进行了回顾与总结CET ，也通常被称为非接触式功率传输（Contactless PowerTransfer, CPT )或者无线功率传输( Wireless PowerCET 可分为：Transfer, WPT ）。
根据能量传输介质的差异，声波耦合式CET 、光学耦合式CET 、电场耦合式CET 以及当前最流行的磁场耦合式CET （也称为感应式CET ），如下图所示。
接下来，本文将对这些技术的基本原理、最新进展、优缺点及应用场合进行介绍，其中将重点介绍磁场耦合式CET 技术。
1 、声波耦合式CET 技术声波耦合式CET 技术的基本原理如下图所示。
直流电能通过逆变器、发射器转换为声波，并通过空气、生物或金属介质进行传播；接收电路将接收到的声波转换为交流电能，并在整流、滤波之后供给负载。
其中的发射器、接收器通常采用压电材料实现，这种材料受到压力作用时会在两端面间出现电压。
因此，利用压电材料的这一特性可实现机械振动（声波）和交流电的互相转换。
与磁场耦合式CET 技术相比，声波耦合式CET 技术具有以特点：1 ）对于任意尺寸的发射器和接收器，声波耦合式CET 技术使用的开关频率可比磁场耦合式CET 技术小得多仅为后者的Cair/Cem 倍，其中Cair 、Cem 分别为声波及电磁波在空气中的传输速度）。
因此，电力电子变流器的损耗也相对较小；2 ）可在不允许电磁场存在的场合使用；3）当电能传输的方向确定时，系统体积比磁场耦合式CET 系统小；4 ）通常，声波耦合式CET 系统效率比电感性系统要低；然而，当发射器与接收器距离远大于它们的半径时，系统效率要比电感性系统高。
非接触电能传输系统原副边补偿拓扑的研究
一
ｌ ｒ ｍ ＝ Ｚ
瓣
㈤
争 ＝
Ａ ＝ ＝ （ ￡ ２， １＋ Ｃ （ ） ￡ ２
（ １ ９ ）
（ ０ ２）
ＣＰ ＩＴ技术 的 目标是将 电能从原边 传输 到副边 的负载 ， 故 希望原副边的频率特性尽量相同 ， 从而保证高功率 因数传 输。所
以， 尽量 选择副边 的谐振频 率点 与原 边 的方 波驱动频 率相 同 ， 要 通常情况下 ， 由于副边拾取线圈内阻 ｒ 很 小 ， 功率求解 影响不 对 大， 因此 ， 在求解过程 中， 副边 电感 内阻忽略不计 。故设计 系统 的 谐振频率 ｔ 如下式所示 ： ｏ 。
本文首先介 绍四种补 偿拓扑结构 ， 并且分析 出各种 结构 的相
猫ｒＭｒ Ｒ Ｍ Ｒ ， 曲 趟 曲 ｔ ２
（ Ｐ 补偿 结构 ｃ ｓ ） （ Ｐ 补偿结构 ｄ Ｐ ）
应参数 的计 算方法 ， 如补偿 电容 大小等 等 ， 接着分 析各种 拓扑 结 构 的效率 以及 功率 传 输 大 小受 谐 振频 率 以及 耦 合 系数 的影 响
ｄｉ ｅ ｅ ｃ ． Ｔｈ ｓｐａ ｅ ｎ ｌｚ ｓｔ ｔｕｃｕｒｌｆａｕｒ ｓａ ｄ ｍａ ｅ ｉ ｌａ ｈ ｔｈ ｗ ｏ ｃ ｃ ｌｔ ｈ ｒ ｍｅ ｅ ｓ Ｆｏ ｕ ｒ ｎ ｖ ｌａ ｆ ｒｎ ｅ ｆ ｉ ｐ ｒａ ａｙ ｅ ｈｅ ｓｒ ｔ ａ ｅ ｔ ｅ ｎ ｋ ｔｃ ｅ ｒｔ ａ ｏ ｔ ａ ｕａ ｅ ｔｅ ｐａａ ｔｒ ． ｌ ｃ ｓｍｏ ｅ ｏ ｏｔｇｅ
无线能量传输研究现状文献综述
无限能量传输研究现状文献综述摘要：无线能量传输技术近年来得到了极大的发展，在诸多领域得到了广泛的应用。
该技术不依赖于有线的传输媒介，对于有线供电部署困难的场景尤其是人体内部医用装置的供电具有重要的意义。
本文将重点介绍无线能量传输技术的发展，传输方式，传输中遇到的问题以及国内外的研究现状。
关键词：无线能量传输；无线供电；电磁耦合；磁场共振Abstract: In recent years ，wireless energy transmission technology has been a great deal of development, has been widely used in many fields. This technique does not rely on a wired transmission medium, for wired powered deployment difficulties scene especially the power supply of the medical device inside the human body, has important significance. This article will focus on the development of wireless energy transmission technology, transmission mode, the problems encountered in the transmission as well as the research status of the domestic and foreign.Key words: wireless energy transfer, wireless power supply, Electromagnetic coupling，magnetic field resonance.1．前言1.1背景简介及其应用无线能量传输是指通过无线的方式来实现能量从能量源传输到负载的一个过程。
磁耦合谐振式无线电能传输距离特性
磁耦合谐振式无线电能传输距离特性刘凌云;袁伟;张治蓝;胡陈飞;杨东平【摘要】通过设计磁耦合谐振式无线电能传输试验装置，研究了谐振线圈参数的改变对传输距离的影响。
研究结果表明：当谐振线圈的线径以及材质固定时，线圈半径越大，系统电能传输距离越远；当谐振线圈的半径以及材质固定时，线圈线径越大，系统电能传输距离越远；当谐振线圈的半径以及线径固定时，线圈的电导率越大，系统电能传输距离越远；当谐振线圈的所有参数固定时，系统谐振频率越大，电能传输距离越远。
【期刊名称】《河南科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(037)002【总页数】4页(P43-46)【关键词】无线电能传输;磁耦合谐振;传输距离【作者】刘凌云;袁伟;张治蓝;胡陈飞;杨东平【作者单位】湖北工业大学太阳能高效利用湖北省协同创新中心，湖北武汉430068; 湖北工业大学电气与电子工程学院，湖北武汉 430068;湖北工业大学太阳能高效利用湖北省协同创新中心，湖北武汉 430068; 湖北工业大学电气与电子工程学院，湖北武汉430068;湖北工业大学太阳能高效利用湖北省协同创新中心，湖北武汉 430068; 湖北工业大学电气与电子工程学院，湖北武汉 430068;湖北工业大学电气与电子工程学院，湖北武汉 430068;湖北工业大学电气与电子工程学院，湖北武汉 430068【正文语种】中文【中图分类】TM724传统的电能传输是通过有线方式实现的，在传输过程中不可避免地会产生电能损耗，同时也容易造成电路火花，影响供电的安全性和可靠性[1-2]。
面对这些问题，需要寻求一种更加安全便捷的电能传输模式，即无线电能传输。
2007年，文献[3]在无线电能传输领域取得了突破性的进展，利用近场区的磁共振原理实现了中等距离的无线电能传输，在2 m内将一盏60 W的灯泡点亮，而且传输效率达到了40%。
随后，国内外学者对无线电能传输技术开展了大量的研究，但进展甚微[4-6]。
无线传能
目录论文总页数：34页1 引言 (1)1.1 课题研究背景和意义 (1)1.2 非接触电能传输技术的发展历程 (1)1.3 非接触电能传输技术的国内外研究现状以及应用前景 (2)1.3.1 短程无线供电 (2)1.3.2 中程无线供电 (3)1.3.3 远程无线供电 (3)2 无线电能传输技术理论与系统结构框图 (4)2.1 电磁感应电能传输技术 (4)2.2 射频电能传输技术 (8)2.3 微波电能传输技术 (8)2.4 电磁谐振电能传输技术 (9)3 充电电池以及电池充电方式介绍 (10)3.1 常见充电电池类型及其介绍 (10)3.1.1 铅酸蓄电池 (10)3.1.2 镍镉电池与镍氢电池 (10)3.1.3 锂（Li）离子电池 (11)3.2 充电电池充电方案 (11)3.2.1 恒定流充电方案 (11)3.2.2 恒定压充电方案 (12)3.2.3 恒压恒流充电方案 (12)3.2.4 脉冲充电方案 (13)3.2.5 交替脉冲充电方案 (13)4 系统硬件电路设计方案 (14)4.1 电路系统框图 (14)4.2 初级电能发射电路设计 (15)4.2.1 整流滤波电路 (15)4.2.2 系统电源电路 (15)4.2.3 高频逆变及其驱动电路 (16)4.2.4 单片机控制电路 (17)4.2.5 电流采样电路 (19)4.2.6 电容调谐电路和感应线圈结构 (20)4.3 次级电能接收电路设计 (21)4.3.1 次级互感整流及其过压保护电路 (21)4.3.2 次级侧直流稳压电路 (22)4.3.3 电池充电管理电路 (22)4.3.4 电流检测及自恢复过流保护电路 (24)5 实物制作以及实验测试数据 (26)5.1 实物制作 (26)5.1.1 硬件实物制作 (26)5.1.2 软件程序设计 (26)5.2 实验测试数据 (27)5.2.1 对电池充电电压电流 (27)5.2.2 初级侧线圈上电压波形图 (28)5.2.3 次级侧线圈上电压波形图 (29)5.2.4 充电测试方法及充电效率 (30)5.2.5 互感线圈距离对充电效率影响 (30)结论 (30)参考文献 (31)致谢............................................................................................................错误!未定义书签。
影响非接触式能量传输效率的因素分析
为 补 偿 电路 中 的 漏 感 ，较 为 常 见 的办 法 是在 原 副边 线 圈 电路 中 串联或 并 联入 高耐 压 值 的 电容 。原 边线 圈 串联 或并 联 补偿 ， 电 容 分 别补 偿 了原 边绕 组 的 电压或 电流 ，分别 适 用 于原 边 绕组 较长 且较 分 散 的场 合或 原边 绕组 较集 中 的场 合 。副 边线 圈 串联 或并 联补 偿 ， 电路 工 作在 谐振 状 态下 ，阻抗 等效 为纯 电 阻或 导纳 等效 为 纯 电导 ，输 出 电压等 效为 开路 电压 或 电流 等 效为 短路 电流 ，适用 于 需 要使 用 直流 母线 电压 的场合 或 需要 使用 直流 母线 电流的场 合。 无 线充 电系 统 ，要 求副 边线 圈电路 中 的 电流 值尽 量 大 ，所 以副 边线 圈应 采 用并 联补 偿 的方 式 ，而 由于 充 电系统 体积 要 求受 限 ， 率。 采用 集 中绕 组 的方 式 ，所 以原边 线 圈应 采用 ２ ． 分离式 变压器 的拓扑结 构分析 并联补 偿 的方式 ，即无线 充 电系统采 用并联 一 根 据 分离 式变 压 器 中原副 边 线 圈不 同 的 并联 的补偿容 抗 电路 拓扑结构 。 空 间结 构 ，可 以分为 单面 和双 面 两种 绕组 结 ４ ． 闭环 控制 电路分析 构 Ｊ ，如图 １ 所示。 非 接触 能量 传 输 的充 电 电路 中可分 为开 环控 制 系统 和 闭环 控制 系统 。开 环 控制 系 统 包括 原 边 的高频 逆 变 电路和 开环 控 制 电路 ， 与 副边 的高 频整 流 电路 和直 流稳 压 电路 。原
３ ． 补偿容 抗电路 分析 分 离 式 变 压 器存 在 空 气 气 隙 ， 会 产 生 较 大 的漏 感 ，使 原边 线 圈 电路的 视在 功 率增 加 ，增 加 电源 负 担 ，较大 的 电压 也 容易造 成 元 器件 的损坏 。同 时较大 的 漏感 还会 造 成副 边 线 圈 电路无 功 功率 增加 ，使输 出 功率 的减 …来自………
提高感应电能传输效率的研究
ｗｈ ｃ ｒ ｎ ｍｉ ｅ ｅｇ ｏ ｄ ｂ ｌｃ ｒ ｍａ ｎ ｔ ｏ ｐｉ ｇ Ｔｈ ｅ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ Ｔ ｒ ｈ ｏ ｐ ｅ ｒ ｎ ｆ ｒ ｅ ｉｈ ｔ ｓ ｔ ｎ ｒ ｙ ｔ ｌ ａ ｙ ｅｅ ｔｏ ｇ ｅｉ ｃ ｕ ｌ ． ｅｋ ｙ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ｆＩ ａ Ｏ ｃ ｎ ＣＰ ａ ｅｔ ｅｃ ｕ ｌｄ ｔ ｓｏ ｍ ｒ ａ
ｔ ｓｐ ｐ ｒ ｔｉ ｔｏｄ ｅ ｈｅｓ ｔｍ ｆｔ Ｃ ＰＴ，ａ ｎａｙ ｅ ｈｅｉ ｌ ｎｃ ｒ ｎｓｅ ｆ ｃｅ ｃ ｈｉ ａ ｅ ，ｉ ｎ ｒ ｕｃ ｓｔ ｙｓｅ ｏ ｈｃ Ｉ ｎｄ ａ ｌｓ ｓｔ ｎｆ ｕｅ ｅ ｏｆｔ ｔａ ｆ ｒｅ ｈｅ ｉ ｉ ｎ ｙ ｗｈｉｈ ｍ ｐａ ｔｎｇｂｙ ｃ ｉ ｃｉ
关键词 ：感应 电能传输 ；可分 离变压器 ；传输 效率 ；补偿电路
中 图分 类号 ：Ｔ ４４ Ｍ ６ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｒｅｅ ｒ ｈ ａ ｓ ａ ｃ ｎｄ ｍ ｐｌ ｍ ｅ ａ ｉ ｉ ｅ ｎｔ ｔｏｎ ｇ ＿ ｒ ｑｕｅ ｙ ｏｆｈｉ ｈ・ｆ ｅ ＿ ＿ ｎｃ
ｉ ｎｖｅ ｔ ｒ ｃ ｒ ｕｉｓ ｒ ｅ ｉ ｃ ｔ
程 设计之 中 口。
Ｉ 要 Ｊ
非 接 触 电能传 输 系统 的组 成
感 应 电能传输系统是根据 麦克斯维尔 电磁场原 理 ，通过可分离变压器进 行能量的传递 。图 ｌ 是该
系统 的组 成框 图。
度， 与变压 器的铁芯材料 、 圈的绕法 （ 线 线径 、 匝数 、 位置 ） 以及气隙的大小有关。
０ 引言
传输领 域研 究的一大热 点 ，它解 决了一些 传统供 电
系统 无 法满 足 的 问题 ，克服 了接 触 式供 电的 缺陷 ，
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
本文通过对可分离变压器工作特性的分析9得
基金项目!获 2003 年台达电力电子科教发展基金资助 定稿日期 2004-03-02 作者简介 韩 腾"1980-#!男! 浙江人! 硕士生!研究方
参数
10" 负载时
交流输入电压/V
25 气隙/mm
1.7
谐振电流有效值/A 7.4 谐振电容/#F
0.47
逆变器开关频率/kHz 38.2 系统输入功率/W
158
负载电压/V
29.2 初级输入功率/W
113
初级线圈自感/mH 0.0288 次级输出功率/W
99
次级线圈自感/mH 0.0365 系统输出功率/W
型能够简单且准确地反映电能传输关系
使逆变器工作
根据图 3 可得可分离变压器的等效电路
在谐振频率附
V=
j!M I!l
(l)
l-!2L2C2+j
!L2 R2
要增大输出电压 V 需增大次级线圈感应电压
j!MI!l 通过选择负载侧补偿电容 C2 使 !2L2C2=l 减 小式(l)分母项模值 从而增大 V 可将式(l)改写为
其输入电流 i !0, 所以
对测量的影响
式(7)变为 Ui=UH1a从中可以看出 Ui 与 Ro 无关a从而
消除了霍尔元件输出电阻 Ro 对测量的影响O
! 结束语
设计的霍尔电流传感器体积较小a 具有较高的
准确度和良好的线性度a实用性强O它适用于要求体
积小且测量准确度较高的场合O
参考文献
[1] 李鸿儒.廉价电流传感器及其应用[J] .仪表技术与传感
向为非接触电能传输及电力电子新技术应 用$
28
出影响传输功率的几方面因素9并以此为指导9实现 了一套非接触电能传输系统9 实验证明这种非接触 电能传输系统可满足中小功率应用要求0
2 系统构成
图 1 示出非接触电能传输系统构成原理图0 通 过高频逆变在初级线圈或者电缆上生成高频电流9 负载侧的次级线圈通过电磁耦合接收初级线圈发出 的能量9经过能量调节后满足各类负载的供电要求0
HAN Teng, ZHUO Fang, LIU Tao, WANG Zhao-an
(Xi an Jiaotong Uniuersity, Xi an 710049, China) Abstract: Most eiectricai eguipments get the energy through piugs from source, this kind of energy transmission system is efficient and accepted wideiy. But it is unsafe at the speciai circumstance such as undersea appiications and fiammabie environments. This paper describes a contactiess power transmission system using isoiation transformer, which is spark free and no uncovered conduct being exposed to the environments. This paper finds severai factors which affect the power transfer abiiity of the contactiess system through isoiating transformer anaiysis. An experiment resuit is given at the end of this paper. Key words: inverter/contactiess power transmissiong seriai resonant inverterg isoiating transformer
Ui= iRo+UH
(7)
式中 i,Ui 前置放大器输入电流和输入电压
由式(7)可知a前置放大器的 Ui 不仅与 UH 有 关a 而且与 Ro 有关a而 Ro 随 温 度 的 变 化 而 变 化a 所以 Ui 也随温度的 变化而变化O 设计了一
个如图 5 所示的高输入
阻抗前置放大器a 认为 图 5 霍尔元件的输出电阻
由实验结
果可知a 在输
入电压较低
时a 采用谐振
式逆变器能产
生较大的电
流O 对于采用
图 7 耦合系数与气隙的关系
高耦合系数绕 线方法的可分
离变压器a 当其气隙为 1.7 mm 时a 耦合系数达
82
参考文献 [1] Green A W, Boys J G. 10kHz InductiveIy CoupIed Power
环境,如易燃易爆场合和水下系统9这种电能传输方式的安全性难以得到保证0 非接触电能传输系统利用电磁感应耦
合技术与电力电子技术9避免了传统电能传输方式裸露导体的存在和接触火花的产生9实现了电能的安全传输0 研
究了一种采用可分离变压器传输能量的非接触电能传输系统0 通过分析可分离变压器的工作特性9得出影响传输功
(2)通过并联电阻补偿O 并联电阻的阻值为 R2= "RIN/# ( ",RIN ,# 可从霍尔元件参数表中查出)O 4.2.2 补偿输出电阻随温度的变化
从霍尔元件输出端看进去a 可以等效为一个输
出电阻 Ro 与电压源 UH1 相串联的电路O 霍尔元件的
Ro 随温度变化而变化a即 Ro=(1+"!T)O由图 5 可知
磁较大 为了减小系统的射频辐射 初级电流要尽量
接近正弦 实验采用频率跟踪控制的电压源型串联
谐振式逆变器来满足输出电流高频正弦大幅值的要
求 图 4 示 出 开 关 频 率 为 40 k~z 时 谐 振 频 率
频率时有同样的频率入锁结果
利用这种简单的控制方式可以使逆变器工作在
谐振频率附近 且工作频率可以准确地跟踪负载变
图 1 系统构成原理图
3 可分离变压器分析
图 2 示出可分离变压器原理图9 它是系统的核 心组成部分0 可分离变压器将整个电能传输系统分 为可完全分离的电源 侧和负载侧0 由于可 分离变压器初 次级 线圈之间有气隙存 在9使漏磁较大9耦合 系数较小9 能量传输 能力和效率较低9因
图 2 可分离变压器原理图
1引言
传统的电能传输主要通过导线直接接触进行9 这种传输方式由于存在摩擦和裸露导体9 不仅容易 产生接触火花9在矿井\油田等易燃易爆场合9传统 电能传输方式的安全隐患很大9 也存在诸如滑动磨 损\碳积等局限0
基于电磁感应耦合技术与电力电子技术的非接 触电能传输系统 又称感应电能传输系统 IPT 弥补 了以上不足9国外己开展了较深入的研究9工业 医 疗特别是电动汽车供电领域有不少应用报道[192]0 国 内对非接触电能传输系统的研究处于起步阶段[394]9 还未见具体的实验研究和应用报道0
2004 年 10 月
Power ElCC lOI CS
October,2004
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!ri=ri0(1+!!T)
(6)
式中 ri0 霍尔元件在初始温度下的输入电阻
! 霍尔元件输入电阻的温度系数
!T=T-T0
由式(6)可压器实现的非接触电能传输系统研究
此提高初 次级之间的耦合效率 增加可分离变压器 43 k~z 谐振支路的电压电流波形 可见,谐振频率附
的能量传输和效率是非接触电能传输系统必须解决 近的电流波形接近正弦
的问题 文中将通过互感模型分析可分离变压器 利
通过频率
用互感来描述初 次级线圈之间的耦合能力 这种模 跟踪控制方式
频率入锁的谐振频率工作状态 开关频率高于谐振
图 3 可分离变压器等效电路
为便于分析 假定可分离变压器初 次级线圈所
用的磁芯相同 线圈的匝数及绕制方法相同 即 L2=
Ll 通过磁路分析可得影响互感与次级自感比值的
本质因数为漏磁阻 RS 与气隙磁阻 Rg 减小 Rg 或增
大 RS 都能增大式(4)的值
M = "m = RS
(1) 在电路上可以采用恒流源供电方法来使控
制电流不变a 消除因输入电阻随温度的变化对测量
产生的误差O 霍尔元件恒流驱动的特点[2]有 以砷化
镰为材料的霍尔元件采用恒流时a 其温度影响小;
在电流一定且磁场强度增加时a 元件的电阻也随之
增加O若采用恒流驱动a元件的电阻大小与控制电流
大小无关a所以线性度好;
化引起的谐振频率变化
" 可分离变压器的优化绕法
根据以上对可分离变压器的分析可知 通过增
大磁路截面积可以减小 Rg 从而增大耦合系数 提 高输出能力 实验选用功率传输能力较大且磁屏蔽
效果良好的 PM 型磁芯 可分离变压器线圈采用高
耦合系数的绕
制方法 如图 6
所示 图 6b 所
示绕线方法比
图 6a 绕线方法 的等效磁路面
率的几个因素9并给出了采用串联谐振式逆变器和可分离变压器优化绕法的实验结果0
关键词!逆变器!非接触电能传输9 串联谐振式逆变器9 可分离变压器
中图分类号!TM79 TM49 TM464
文 献 标 识 码 !A
文 章 编 号 !1000-100X(2004)05-0028-02
Contactless Power Transfer System Using Isolation Transformer