磁芯结构对松耦合变压器耦合系数的影响

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1、第31卷第1期上海第二工业大学学报Vol.31No.12014年3月JOURNALOFSHANGHAISECONDPOLYTECHNICUNIVERSITYMar.2014文章编号:1001-4543(2014)01-0032-04磁磁磁芯芯芯结结结构构构对对对松松松耦耦耦合合合变变变压压压器器器耦耦耦合合合系系系数数数的的的影影影响响响王建军(上海第二工业大学电子与电气工程学院,上海201209)摘要:感应耦合电能传输(ICPT)系统中松耦合变压器磁芯的性能对电能传输效率具有重要影响,磁芯的结构与变

2、压器的耦合系数密切相关。分析了ICPT系统传输效率的影响因素,阐述了耦合系数与串联型补偿电路输出效率的关系。采用E型、ZY型、HQ型3种不同结构的铁氧体磁芯进行耦合系数的对比实验,实验过程中,保持交流电源频率、原边电感、副边电感、气隙间距不变。实验结果表明:不同结构的磁芯耦合系数并不相同。因此,为了提高ICPT系统的传输效率,需要通过实验确定合适的磁芯。关键词:磁芯结构;非接触充电;耦合系数中图分类号:TM46文献标志码:A0引言1ICPT系统传输效率影响因素分析感应耦合电能传输(ICPT)系统采用的

3、是可分ICPT系统一般包括输入整流、高频变换、可分离变压器、输出整流4个部分[2]。工频交流电经过离变压器,可分离变压器的原边和副边与普通的变压器不同,两者之间没有铁芯紧密相连,而是存在较整流逆变环节变为中高频交流电,作为可分离变压大的间隙,因此产生很大的漏感,漏感的存在会导致器的激磁电源。可分离变压器是非接触供电系统的系统电能的传输效率降低[1]。提高ICPT系统的电核心,其初级和次级可分离,不存在物理连接,但由能传输效率是该类系统进入实际应用的关键技术之于存在较大的气隙,使得系统的传输效率降低。可

4、一。可分离变压器的原边与副边的耦合系数k反映分离变压器工作在中高频激励状态,其激磁频率就了变压器原边与副边联系的紧密程度,该值越大表是逆变环节输出的电流频率。初级线圈中的能量通示变压器的效率越高,因此也预示着系统有可能具过互感作用传递到可分离变压器的副边,变压器副有较高的电能传输效率。耦合系数与多种因素有关,边的输出则一般要经过整流和输出调节环节再供给如可分离变压器的结构、气隙大小、磁芯材料、激负载。电力电子技术主要体现在整流逆变环节和输励信号特征等。事实上,去除上述因素,变压器磁芯出调节部分。的空间

5、物理结构对耦合系数k也具有重要的影响,1.1传输效率的表示方法在间隙一定的条件下,不同结构的磁芯,其耦合系数图1展示的是ICPT系统的基本物理模型,其完全不同,但是目前在这面还缺少系统的研究和比中T为变压器。从图中可以看出,系统的供电端和较。本文通过详细的对比实验,探讨了不同空间结输出端是靠无接触的松耦合变压器联系在一起的。构的磁芯耦合系数的特征,为ICPT系统的设计提供在简化中间环节如整流与逆变过程的条件下,感应参考。耦合非接触供电系统可以用图1的物理结构来描收稿日期:2013-08-27;修订日期

6、:2014-01-16通讯作者:王建军(1971–),男,黑龙江双城人,副教授,博士,主要研究方向为功率电子技术,电子邮箱jjwang@sspu.edu.cn。基金项目:上海市教育委员会科研创新项目(No.08ZY81)资助第1期王建军:磁芯结构对松耦合变压器耦合系数的影响33述[3]。无论是感性还是容性电路,都可以通过补偿可表示为的方式改变电路的特性。根据原边和副边补偿电容pp位置的不同,非接触供电系统一般被分为4种拓扑!0=1=LiCi=1=LoCo(3)结构[2;4],但无论是何种拓扑结构,电路

7、分析所采用解方程式(1)、式(2)和式(3),得系统的传输效率的方法都是类似的。因此,在这里不讨论非接触供电系统电路的补偿方式,而只是假定电路是存在感2PLIoRL´===性和容性元件的串联补偿型电路。PiUiIi!2M2RL(4)Ri(RL+Ro)2+!2M2(RL+Ro)CMRCoIiRiioIo从式(4)可以看出,系统的电能传输效率与互感系数UiLiLoRLM关系密切,在其他参数固定的情况下,大的M值显然有助于传输效率的提高。T1.2耦合系数的定义图1非接触供电系统模型Fig.1Modelofc

8、ontactlesspowersystem定义耦合系数k为M根据图1的系统结构模型,分别对变压器的原k=p(5)LiLo边系统和副边系统列出环路电压方程:式中:k为无量纲的值;Li为可分离变压器原边的自IiRi¡jIi=(!Ci)+jIi!Li¡j!MIo=Ui(1)感;Lo为副边的自感。从中可以看出,对于一个确定的系统而言,当原边和副边的自感确定后,耦合系数IoRL¡jIo=(!Co)+RoIo+jIo!Lo=j!MIi(2)与互感成正比关系。因此,当