非接触电能传输系统拾取技术研究.pdf

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1、科技创新2014年1月(下)非接触电能传输系统拾取技术研究鲁大勇1杨力成2杜瑞军3(国网濮阳供电公司，河南濮阳457000)摘要：论文主要研究非接触电能传输系统拾取部分的频率补偿和输出电压稳定性控制问题。本文采用动态频率补偿模式的方法，以使谐振环节电路的固有谐振频率始终和系统的工作频率保持一致，保证了系统的传输效率。论文建立了系统模型，并用PSpice与Simdink进行相关仿真分析，得到了较佳的设计方案。最后根据相关研究结果对非接触电能传输系统和拾取输出稳压控制电路进行设计，并进行了实验，验证了理论计算和仿真结果。实验结果表明这种控制方式可以很好的实现系统输出电压的稳定。关键词：非接触

2、电能传输：频率补偿；稳压控制引言然后与调谐电容串联。因为动态调谐环非接触电能传输(ContactlessPower节的等效阻抗可以在容性到感性之间调节，Transfer，简称CPT)技术是基于电磁感应动态调谐环节与拾取电感并联的等效电感原理[1-8]，综合利用现代电力电子能量变值就可以调节，拾取电路的固有谐振频率就换技术、磁场耦合技术、大功率高频变换技可以通过控制动态调谐环节的控制角来控术，借助现代控制理论和方法，实现电能从制，使拾取电路的固有调谐频率始终跟随系静止电网向存在一定距离或移动设备的非图2．2拾取并联调谐电路统的工作频率，使得系统能有较高的传输功接触供电，实现了移动设备灵活、

3、安全、高率和传输效率。图2．1中为拾取线圈电感值，为效的供电问题，从而消除了传统供电方式存补偿电容值，魁为负载等效电阻值，设原边在的安全隐患。现在随着非接触电能传输技导轨与拾取线圈之间的互感为，原边线圈术的逐步发展，对非接触电能传输技术的研究越来越受到人们的关注，就目前非接触电流过角频率为60有效值为的交流电电流，能传输技术的发展还存在很多问题，包括磁根据耦合关系，拾取线圈中的感应电动势场耦合的频率、拾取机构与导轨之间的距离[14]：Focja~Mlp(2．1)的大小、频率补偿、输出电压的稳定等。}1一相应的诺顿等效电流短路电流为：图3．1拾取电路串联动态调谐原理图、非接触电能传输系统概

4、述Isc⋯jtoMIpMCPT技术是一种综合了磁场耦合技术、—．如厶(2．2)电力控制理论以及电子变换技术，基于磁场松感应耦合原理，实现电网到用电设备的非理论上在未补偿时的最大vA值为：动态调谐环节与拾取电感并联，再与调接触电能传输的技术。CPT系统的典型结构=詈(2．3)谐电容串联调谐，其等效阻抗为：'alaa'Leq如图1．1所示。如图1．1所示，在CPT系统zl=n“(+q而对于未补偿的系统来讲是无法得⋯忑一击(3．1)中，首先通过整流滤波电路把50Hz的工频要想达到完全调谐的目的，必须使得从到的[14](无补偿时最大可输出功率为交流电转化为直流电，直流电经过高频逆变Sul2)，实

5、际应用中当拾取通过附加的串／并负载侧看，动态调谐环节、拾取电感、调谐环节被逆变为高频交流电并注入原边能量联电容调谐时，如果拾取端工作在谐振品质电容达到完全谐振状态，同样并由此推倒出发射线圈，在发射线圈周围产生一个高频的因数，则负载端输入功率为：系统动态调谐控制角“与系统工作角频率交变磁场，这时，副边的接受线圈就可以感应得到一个高频的电动势，最后由功率调节Ps：：Os—SutoMZIp2Qs“，的关系曲线，如图3．15所示。(2．4)环节根据用电设备的实际情况把这个高频的电动势变换成用电设备所需的电源。可以看出，提高电能传输的大小可以通过增大、lp、M和，或减小Ls，但受i兰!!．应用场合

6、机械安装和成本限制，非接触电能．---．-盘传输系统中，值一般较小，而且一旦系统¨丝_i羔墨___设计完成后，和厶的值就基本固定了。图1．1CPT系统结构框图能够做调整的是乘积量m‘。从设计角度』f硼f'二、非接触电能传输系统拾取频率补考虑，在参数选择设计中，的值一般不会图3．2串联动态调谐时与国关系曲线偿技术超过7，否则会导致系统不稳定，会出现多从图中可以看出，拾取电路串联动态调在非接触电能传输系统拾取电路中，电谐时，调谐控制角Ot与系统工作角频率60零相位解，也容易造成系统对电量参数的敏容的接入方式有两种：串联调谐结构和并联感。由此，对传输电能大小调节余度最大的之间的关系曲线趋势与拾

7、取电路并联动态调谐结构，如图2．1和图2．2所示。在谐振频率下，采用串联调谐结构时，副边电容压是乘积n。。从该关系式可见频率与原边电调谐类似，当系统的工作频率偏离即定值降和副边感抗压降相抵消；采用并联调谐结流的关系，提高频率，可以减小原边电流，时，可以调节控制角来使得系统拾取电路达构时，流入副边电容中的电流与副边电感中反之亦然。到完全的调谐，但是串联动态调谐也不是无的电流的无功分量相抵消，从而使系统的功三、系统的控制原理限制的，同样