恒压输出的无线电能传输系统设计.pdf

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1、第45卷第2期电力电子技术Vo1．45，No．22011年2月PowerElectronicsFebruary2011恒压输出的无线电能传输系统设计林宁，姚缨荚(浙江大学，浙江杭州310027)摘要：无线电能传输系统的可分离变压器距离较大，能量传输效率低，且输出电压受接收距离的影响较大。根据系统的互感模型，分析了变压器初级线圈匝数对传输效率的影响。选择合适的补偿方式，设计了一种两级式结构，初级半桥逆变频率跟踪，次级恒压控制，有效保证了传输距离变化时次级能量的接收，并且具有控制简单。能量传输稳定等优点。实验结果验证了该设计方法的有效性。关键词：可分离变压器；频率跟踪；互感模型；无线电能传输

2、中图分类号：TM41文献标识码：A文章编号：1000—100X(2011)02—0066—03DesignofaWirelessEnergyTransferSystemwithConstantOuputLINNing，YAOYing—ying(ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：Awirelessenergytransfersystem’Sseparabletransformerusualyhasalargeairgap，whichcausestheen-ergytransferhasloweficiency，andgreat

3、lyimpactstheoutputvoltage．Basedonthesystem’Smutualinductancemod—el，theimpactofprimarycoil’Sturnsontransferefficiencyisanalysed．Selectinganappropriatecompensationmethod，atwo-stagetopologyisdesigned，thefirststageisaninverterwith~equencytracking，thesecondarystageisconstantvoltagecontrol，itensuresene

4、rgyreceivingeventheairgapischanging，anditsadvantagesareeasytocontrol，stableener~transmission．Theexperimentalresultsverifytheefectivenessoftheproposeddesignmethod．Keywords：separabletransformer；~equencytracking；inductancemodel；wirelessenergytransfer1引言工心脏)是需要避免的[3]。此外，由于系统的输出功率受传输距离的影响较大。当变压器初次级发与传

5、统利用导线传输的方法不同，无线电能生相对位移时，接收到的能量可能不足以让负载传输系统(WirelessEnergyTransferSystem，简称正常工作【。WETS)利用可分离变压器，通过电磁场耦合的方针对上述问题．提出一种两级结构的频率跟式将电能传输到接收端。由于WETS消除了火花，踪式拓扑，建立了系统的模型，通过对模型的分且能量传输可穿透非金属介质．因此在需要电气隔析，得到了合适的补偿方式，在保证初级频率跟踪离的场合以及危险区域具有良好的应用前景，如人的前提下．研究了变压器初级线圈匝数对传输效工心脏的锂电池充电[1]、电动汽车的轨道充电f2】以及率的影响；当传输距离变化时，通过锁

6、相环进行初旋转电机的工作等。由于在使用的安全性、维护的级逆变的频率跟踪，次级输出功率调节，保证输出成本上有很大的优势，近年来成为研究热点。的稳定．而且控制简单．具有很强的实用性。在许多场合中，WETS的可分离变压器距离较大，耦合系数较低，与普通变压器相比，其漏感2系统的建模和分析与励磁电感接近，在一些低耦合应用中．励磁电感图1示出恒压输出的无线电能传输系统电路甚至小于漏感，极大地降低了能量传输效率，而且结构。系统由在电气上隔离的两部分构成，能量发器件的电压电流应力很大。若可分离变压器设计射电路相对固定，接收电路可在一定范围内移动。不当，会造成大量能量损失在铁耗上，这不仅降低直流母线经高频

7、逆变后。通过可分离变压器的磁了传输效率，而且造成温升，这在一些场合(如人感应耦合将能量传输到次级．经过整流和电压反馈调节，最终在负载上得到恒定的输出电压；当传定稿日期：2010—09—01输距离改变时，通过电流采样以及频率跟踪控制作者简介：林宁(1985一)，男，浙江舟山人，硕士，研究方实现输出能量最大化向为无线电能传榆。为便于系统设计，对初级串联补偿。次级并联66恒压输出的无线电能传输系统设计补偿的系统进行建模，如图2所示。由于采