基波—諧波雙通路并行感應耦合電能傳輸系統的電磁耦合機構

夏晨陽, 馬 念, 陳 銳, 鄭 凱, 任思源, 陳 俊

(1. 江蘇省煤礦電氣與自動化工程實驗室(中國礦業大學), 江蘇省徐州市 221116; 2. 南京南瑞繼保電氣有限公司, 江蘇省南京市 211102)

0 引言

社會的快速發展對實現能源的高效傳輸及利用提出了更高的要求,如何實現電能高效、方便、安全的傳輸一直是學者們所關注的重點。無線電能傳輸(wireless power transfer,WPT)模式相比于以導線為媒介的傳統有線電能傳輸模式,具有不易磨損、無接觸火花、易維護、供電靈活等傳統電能傳輸無可比擬的優點[1-2]。基于電磁感應原理的無線電能傳輸技術,即感應耦合電能傳輸(inductively coupled power transfer,ICPT)技術以其功率傳輸容量大、效率高等特點,在醫療設備[3-5]、手機[6]、家用電器[7]、電動汽車充電[8-10]等領域得到了廣泛關注與研究。

ICPT系統在工作過程中,通常需要根據負載所需電壓不同,對系統的輸出電壓進行控制[11],較為典型的方法有:①逆變器前或副邊拾取側之后加入DC-DC變換環節[12];②對高頻逆變器進行移相控制[13];③加入輔助線圈,通過輔助線圈短路產生的磁通抵消主磁通[14]。上述方法雖然均可實現對系統輸出電壓進行調節,但依然存在相應的不足:方式①由于功率變換環節過多導致系統傳輸效率降低;方式②存在逆變器移相角不能過大的問題;方式③則存在控制精度低,系統損耗增大,系統傳輸效率降低等問題。

基波—諧波雙通路并行ICPT系統以其輸出電壓范圍寬、電能傳輸效率高和電壓調節精度高等優勢,逐步得到開展和應用[15-16]。然而由于基波—諧波雙通路并行ICPT系統中特定的4線圈電磁耦合機構,4個線圈之間存在6種耦合關系,使得系統設計與分析復雜。……