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 ，
影响松耦合变压器性能的参数分析
影响松耦合变压器性能的参数分析摘 要传统的电能传输主要通过导线直接进行，在一般环境下这种方式合理有效，被广泛采用。
但是在一些特殊场合，如易燃易爆场合和水下系统，这种电能传输方式的安全性难以得到保证。
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，避免了电能传输过程中裸露导体或产生电火花的问题，实现了电能的安全传输。
松耦合变压器是非接触电能传输系统中的关键部分。
在简单地介绍松耦合变压器的基本结构及工作原理的基础上，给出了松耦合变压器的互感等效模型。
由松耦合变压器的特点，对影响松耦合变压器耦合系数的磁芯材料、绕组位置、气隙大小等因素进行了分析。
针对不同的应用场合，对原副边进行了补偿设计，提高了电能传输效率和减小了供电电源的电压电流定额。
关键词：非接触能量传输；松耦合变压器；耦合系数；原副边补偿装订线The analysis of the parameters for affecting the loosely coupledtransformer performanceABSTRACTMost electrical equipment get the energy through plugs from source, this kind of energy transmission system is efficient and accepted widely. But it is unsafe at the special circumstance such as undersea applications and flammable environments. This paper describes a contact less power transmission system using isolation transformer, which is spark free and no uncovered conduct being exposed to the environments.Loosely coupled transformer is a key part in contact less in ductile power transfer system. For this reason, the fundamental structure and work principle of the loosely coupled transformer are introduced, and the circuit model of mutual inductance is established. Factors that affect the coupling coefficients of the loosely coupled transformer are studied, including magnetic material, location of windings and the width of air gap. Due to the leakage inductances, compensation is necessary to achieve the required power transfer capability. The level of compensation and compensation to apologies are discussed. The design proposal for main parameters of the loosely coupled transformer is suggested.Key word s: inductive power transfer; loosely coupled transformer ; coupling coefficient; primary and secondary compensation1 绪论从1840年发现利用电磁感应原理和导线可以传输电能至今，电能的传输主要通过导线直接进行，但是这种传统的电能传输方式存在很多弊端，例如，水下工作系统、化工、矿业、石油领域等，在传统的电能传输过程中，由于导线的裸露，故存在摩擦、磨损、漏电、火花等不安全因素，极易引起短路或者爆炸；移动设备如电车采用的是滑动接触，在其充电时会存在滑动磨损、积碳、导体裸露和接触火花等问题[1-5]。
可分离式电能传输技术探讨
可分离式电能传输技术探讨摘要：可分离式电能传输技术是一种新型的电能传输技术，利用电磁感应理论实现电能有效、安全的传输，在交通运输、航空航天、机器人、医疗器械、照明、便携式电子产品、矿井和水下应用等场合有着广泛的应用前景。
关键词：电磁感应整流滤波可分离变压器0 引言可分离式电能传输方法的研究目前仍处于起步阶段，从目前的各类资料来看，最初一项有关这种方法的研究是在八十年代由日本国家研究院与、Yaskawa 电气公司联合提出的。
到九十年代初期，新西兰奥克兰大学电子与电气工程系电力电子学研究中心开始对其进行研究，将其称为感应电力传输技术(InductivePowerTransfer简称IPT)。
经过十多年的努力，该技术在理论和实践上己获得重大突破，先感应电能传输技术的研究后获得有关发明专利11项。
其项目发起和主要负责人包逊斯教授(Pmf.Boys)为此获得皇家学会勋章一枚以表彰他在该领域世界水平的突出贡献。
可分离式电能传输技术是世界上电能输送领域的前沿课题，国外处于起步阶段，在国内还未见任何有关这方面的研究和应用报道。
该技术的研究开发将填补国内空白，其推广应用有着广阔的发展前景，必将推动我国电力电子及电气自动化技术的巨大进步!1.系统特点可分离式电能传输系统的典型结构如图1所示。
变压器一次侧电路通过磁场耦合把电能转换为磁场能量，变压器二次侧电路接受磁场能量后，通过相应的电路变换为应用场合负载可以直接使用的电能形式，从而实现无接触式电能传输。
在可分离式电能传输系统中，一二次侧电路之间较大气隙的存在，一方面使得一二次侧无导线接触，弥补了传统接触方式电能传输的固有缺陷。
另一方面较大气隙的存在使得系统构成的磁耦合关系属于松耦合，这种新颖电能传输技术通常也称为松耦合感应电能传输技术。
这种情况下，漏感与励磁电感相当，甚至比励磁高，限制了电能传输的大小和传输功率。
而且在该系统的分析中，因磁耦合装置为松耦合，通常用于磁元件分析的变压器模型不再适用，必须采用耦合电感模型分析该系统中的电磁关系，同时考虑漏感和励磁电感对系统工作的影响。
感应耦合式非接触电能传输系统的设计
备之间 的非接触 电能传输 。通过对 初级变换器拓扑选择及主要元器件参数的分析，提出非接触 电能传输
系统的设计 ，并对 系统 的效率和补偿等关键问题进行 了仿真及实验研 究，提高了系统 的传输效率 。 关键词：可分离变压器 ；非接触 电能传输 ；原副边补偿 中图分类号：Ｔ Ｍ ７ ２ ４ 文献标识码：Ａ 文章编 号：１ ０ ０ ７ — ３ １ ７ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ２ ４ — ０ ４
图１非接 触感应 电能传输 系统图
１ 非 接 触 式 感应 电能 传输 原 理
非 接触 式感应 电能 系统利用 疏松感 应耦 合系统 和 电力 电子 技术相 结合 的方法 ，实现 了 电能的无物
理 连 接传 输 。它 将 传 统 的 变压 器 紧 密 型 耦 合磁 路
原边 电路与副边 电路 之间有 一段 空隙 ，通 过磁 场 耦合 相 联系 。原边 电路把 电能转 换 为磁场 发 射 ，
经 过这段气 隙后 副边 电路通过 接收装 置 ，匝链 磁力
电能 传 输 变 压 器
非 接 触 感 应 电 能传 输 技 术 打 破 了在 化 工 、 钻 井 、工矿 、水 下探测 等特殊行 业 的某些场 所下 的 电 工 设备馈 电的限制 ，开拓 了如在 电动汽 车 、高速 磁
悬 浮列车 馈 电以及在 生物 医学 、家 用 电器 等方 面 的
应用 １ Ｊ ｏ
ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄｓ ｗｅ ｒ ｅ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｌ ｅ ｓ ｓ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｂｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｐｏ ｗｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ．Ａ
无接触电能传输技术的研究进展
2010年7月电工技术学报Vol.25 No. 7 第25卷第7期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Jul. 2010 无接触电能传输技术的研究进展杨庆新1陈海燕2徐桂芝2孙民贵3傅为农4（1. 天津工业大学电气工程与自动化学院天津 3001602. 河北工业大学电气与自动化学院天津 3001303. 匹兹堡大学医学中心宾夕法尼亚 152604. 香港理工大学电机系香港）摘要无接触电能传输技术具有广泛的应用前景。
目前主要的无接触电能传输方式有远场辐射、电磁共振和电磁感应直接耦合三种。
远场辐射采取微波或激光来传递能量，频率最高，传输距离最远，效率也较低。
电磁共振采用频率为MHz范围的谐振频率实现电能在波长范围内的中等距离高效率传输。
基于电磁感应原理的电能传输技术相对比较成熟，频率较低，传输距离相对很小，传输效率较高。
本文主要分析了这三种电能传输方式的特点及国内外研究现状，给出了该技术的应用前景及存在问题，也展示了一些研究结果。
关键词：无接触电能传输感应耦合磁共振耦合辐射研究进展中图分类号：TM72，TM15Research Progress in Contactless Power Transmission TechnologyYang Qingxin1 Chen Haiyan2Xu Guizhi2 Sun Mingui3 Fu Weinong4（1. Tianjin Polytechnic University Tianjin 300160 China2. Hebei University of Technology Tianjin 300130 China3. University of PittsburghPA 15260 USA 4. The Hong Kong Polytechnic University Hong Kong China）Abstract Progress in researches and applications of contactless power transmission technology with great prospects is introduced. Radiation, magnetic resonant and induction coupling are the three main techniques used in contactless power transmission. The first one utilizing microwave or laser can transfer energy through a long distance like from outer space to the Earth, but with the lowest efficiency due to the reflection and absorption of the atmosphere which limited its applications. The magnetic resonant strong coupling system including two independent circuits with the same resonant frequency reaching MHz can realize power transfer between them almost without loss. The efficiency is pretty high and the distance can be several meters. As already applied in electric transformers, electric vehicle and Maglev, inductive energy transfer system has the highest efficiency and the nearest transfer distance. In this paper, the development history and principal applications of these three techniques are given and compared. Some of their potential applications and hotspots are proposed in detail. And existed problems in them are discussed. Some research results are also given.Keywords：Contactless, power transfer, inductive coupling, magnetic resonant coupling, radiation, progress in research1引言无接触电能传输作为人类梦想之一，早在1897年，Nikola Tesla就在无线电工程技术领域注册了20项发明专利[1]。
磁耦合谐振式无线电能传输技术新进展
磁耦合谐振式无线电能传输技术新进展作者：赵争鸣， 张艺明， 陈凯楠， ZHAO Zhengming， ZHANG Yiming， CHEN Kainan作者单位：电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系),北京市海淀区,100084刊名：中国电机工程学报英文刊名：Proceedings of the CSEE年，卷(期)：2013,33(3)1.Barrett J P Electricity at the columbian exposition 18942.Glaser P Power from the sun:its future 1968(3856)3.Lin J C Space solar-power stations,wireless power transmissions,and biological implications 2002(01)4.Nansen R H Wireless power transmission:the key to solar power satellites 1996(01)5.Shinohara N;Kawasaki S Recent Wireless Power Transmission technologies in Japan for space solar powerstation/satellite 20096.Kurs A;Karalis A;Moffatt R Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances 2007(5834)7.Brown W C The history of power transmission by radiowaves 1984(09)8.Liu C;Hu A P;Nair N K C2-D alignment analysis of capacitively coupled contactless power transfer systems 20109.Xia Chenyang;Li Chaowei;Zhang Juan Analysis of power transfer characteristic of capacitive power transfer system and inductively coupled power transfer system 201110.Leyh G E;Kennan M D Efficient wireless transmission of power using resonators with coupled electric fields 200811.韩腾;卓放;刘涛可分离变压器实现的非接触电能传输系统研究[期刊论文]-电力电子技术 2004(05)12.毛赛君;王慧贞非接触感应电能传输系统可分离变压器特性分析 2006(05)13.Hao Jiang;Zhang Junmin;Liou S S Ahigh-power versatile wireless power transfer for biomedical implants 201014.Hao Jiang;Jun Min Zhang;Shi Yu Zhou A rotating-magnet based wireless electrical power transfer for biomedical implants 201015.Young-Sik S;Minh Q N;Hughes Z Wireless power transfer by inductive coupling for implantable batteryless stimulators 201216.强浩;黄学良;谭林林基于动态调谐实现感应耦合无线电能传输系统的最大功率传输 2012(07)17.Zou Yuwei;Huang Xueliang;Tan Linlin Current research situation and developing tendency about wireless power transmission 201018.Li J,L W Wireless power transmission:State-of-the-arts in technologies and potential applications 201119.杨庆新;陈海燕;徐桂芝无接触电能传输技术的研究进展[期刊论文]-电工技术学报 2010(07)20.戴卫力;费峻涛;肖建康无线电能传输技术综述及应用前景[期刊论文]-电气技术 2010(07)21.赵相涛无线输电技术研究现状及应用前景[期刊论文]-科技信息 2011(10)22.Jin-Wook K;Hyeon-Chang S;Do-Hyun K Analysis of wireless energy transfer to multiple devices using CMT 201023.Niu W Q;Gu W;Chu J X Coupled-mode analysis of frequency splitting phenomena in CPT systems 2012(12)24.Jin Wook K;Hyeon-Chang S;Kwan-Ho K Efficiency analysis of magnetic resonance wireless power transfer with intermediate resonant coil 201125.Hamam R E;Karalis A;Joannopoulos J D Efficient weakly-radiative wireless energy transfer:An EIT-like approach[外文期刊] 2009(08)26.Kim Y;Ling H Investigation of coupled mode behaviour of electrically small meander antennas[外文期刊] 2007(23)27.曲立楠磁耦合谐振式无线电能传输机理的研究 201028.张超磁谐振耦合无线电能传输系统谐振器的仿真和实验研究 201029.张献;杨庆新;陈海燕电磁耦合谐振式传能系统的频率分裂特性研究[期刊论文]-中国电机工程学报 2012(09)30.Awai I;Komori T A simple and versatile design method of resonator-coupled wireless power transfer system 201031.Awai I Design theory of wireless power transfer system based on magnetically coupled resonators 2010power transfer 2012(06)33.Teck C B;Imura T;Kato M Basic study of improving efficiency of wireless power transfer via magnetic resonance coupling based on impedance matching 201034.Lee W;Son W;Oh K Contactless energy transfer systems using antiparallel resonant loops35.Imura T;Hori Y Maximizing air gap and efficiency of magnetic resonant coupling for wireless power transfer using equivalent circuit and Neumann Formula 2011(10)36.Youndo T;Jongmin P;Sangwook N Mode-based analysis of resonant characteristics for near-field coupled small antennas 2009(08)37.Kiani M;Uei-Ming J;Ghovanloo M Design and optimization of a 3-coil inductive link for efficient wireless power transmission 2011(06)38.Imura T Equivalent circuit for repeater antenna for wireless power transfer via magnetic resonant coupling considering signed coupling 201139.Kiani M;Ghovanloo M The circuit theory behind coupled-mode magnetic resonance-based wireless power transmission 2012(08)40.Chen Xiaoyuan;Jin Jianxun Resonant circuit and magnetic field analysis of superconducting contactless power transfer 201141.Kusaka K;Itoh J Experimental verification of rectifiers with SiC/GaN for wireless power transfer using a magnetic resonance coupling 201142.Dionigi M;Mongiardo M Magnetically coupled resonant Wireless Power Transmission systems with relay elements 201243.Jufer M Electric drive system for automatic guided vehicles using contact-free energy transmission 200844.Seung-Hwan L;Lorenz R D Development and validation of model f(o)r 95％-efficiency 220-W wireless power transfer over a 30-cm air gap 2011(06)45.Garnica J;Casanova J;Jenshan L High efficiency midrange wireless power transfer system 201146.Chunbo Zhu;Kai Liu;Chunlai Yu Simulation and experimental analysis on wireless energy transfer based on magnetic resonances 200847.Kurs A;Moffatt R;Soljacic M Simultaneous mid-range power transfer to multiple devices[外文期刊] 2010(4)48.Jongmin P;Youndo T;Yoongoo K Investigation of adaptive matching methods for near-field wireless power transfer 2011(05)49.Jin Wook K;Hyeon-Chang S;Do-Hyeon K Efficiency of magnetic resonance WPT with two off-axis self-resonators 201150.Hirayama H;Ozawa T;Hiraiwa Y A consideration of electro-magnetic-resonant coupling mode in wireless power transmission 2009(19)51.Dukju A;Songcheol H A study on magnetic field repeater in wireless power transfer 2013(01)52.Sample A P;Meyer D A;Smith J R Analysis,experimental results,and range adaptation of magnetically coupled resonators for wireless power transfer 2011(02)53.Sunkyu K;Myunghoi K;Kyoungchoul K Analytical expressions for maximum transferred power in wireless power transfer systems 201154.Sanghoon C;Yong-Hae K;Seung-Youl K Circuit-model-based analysis of a wireless energytransfer system via coupled magnetic resonances 2011(07)55.Thuc P D;Jong-Wook L Experimental results of high-efficiency resonant coupling wireless power transfer using a variable coupling method 2011(08)56.Mizuno T;Yachi S;Kamiya A Improvement in efficiency of wireless power transfer of magnetic resonant coupling using magnetoplated wire 2011(10)57.Cannon B L;Hoburg J F;Stancil D D Magnetic resonant coupling as a potential means for wireless power transfer to multiple small receivers 2009(07)59.Imura T Study on maximum air-gap and efficiency of magnetic resonant coupling for wireless power transfer using equivalent circuit 201060.Wenzhen Fu;Bo Zhang;Dongyuan Qiu Study on frequency-tracking wireless power transfer system by resonant coupling 200961.Chi Kwan L;Zhong W X;Hui S Y R Effect s of magnetic coupling of nonadjacent resonators on wireless power domino-resonator systems 2012(04)62.Oodachi N;Ogawa K;Kudo H Efficiency improvement of wireless power transfer via magnetic resonance using transmission coil array 201163.Lee B J;Hillenius A;Ricketts D S Magnetic resonant wireless power delivery for distributed sensor and wireless systems 201264.Fei Z;Hackworth S A;Weinong F Relay effect of wireless power transfer using strongly coupled magnetic resonances 2011(05)65.任立涛磁耦合谐振式无线电能传输功率特性研究 200966.张小壮磁耦合谐振式无线电能传输距离特性及其实验装置研究 200967.张青谐振耦合式无线输电多载系统建模及特性研究 201168.Gundogdu A E;Afacan E Some experiments related to wireless power transmission 201169.Yong-Hae K;Seung-Youl K;Sanghoon C Wireless power transmission to multi devices through resonant coupling 201070.Zhong W X;Chi Kwan L;Hui S Y Wireless Power Domino-Resonat or Systems With NoncoaxialAxes and Circular Structures 2012(11)71.Wenxing Z;Chi Kwan L;Hui S Y R General Analysis on the Use of Tesla's Resonators in Domino Forms for Wireless Power Transfer 2013(01)72.Kim D W;Chung Y D;Kang H K Characteristics of contactless power transfer for HTS coil based on electromagnetic resonance coupling 2012(03)73.ChungJu K;Bomson L Analysis of wireless power transmission between metamaterial-inspired loops 201174.Youn-Kwon J;Bomson L Metamaterial-inspired loop antennas for wireless power transmission 201075.Wang B;Teo K H;Nishino T Experiments on wireless power transfer with metamaterials 2011(98)76.Choi J;Seo C High-efficiency wireless energy transmission using magnetic resonance based on metamaterial with relative permeability equal to-1 2010(106)77.Urzhumov Y;Smith D R Metamaterial-enhanced coupling between magnetic dipoles for efficient wireless powertransfer 2011(20)78.Bingnan W;Koon Hoo T Metamaterials for wireless power transfer 201279.Bingnan W;Koon Hoo T;Nishino T Wireless power transfer with metamaterials 201180.Bingnan W;Nishino T;Koon Hoo T Wireless power transmission efficiency enhancement with metamaterials 201081.Ogawa K;Oodaehi N;Obayashi S A study of efficiency improvement of wireless power transfer by impedance matching 201282.Bhuyan S;Panda S K;Sivanand K A compact resonace-based wireless energy transfer system for implanted electronic devices 201183.Ning Y;Guizhi X;Qingxin Y Analysis of wireless energy transmission for implantable device based on coupled magnetic resonance 2012(02)84.RamRakhyani A K;Mirabbasi S;Mu C Design and opt imization of resonance-based efficient wireless power delivery systems for biomedical implants 2011(01)85.Fei Zhang;Xiaoyu Liu;Hackworth S A In vitro and in vivo studies on wireless powering of medical sensors and implantable devices 200986.Elliott G;Raabe S;Covic G A Multiphase pickups for large lateral tolerance contactless power-transfer systems[外87.Chunlai Yu;Rengui Lu;Shumei Cui Research on resonance based wireless energy transfer device for small mobile equipments 201188.Xuelin Fang;Hao Liu;Guiyang Li Wireless power transfer system for capsule endoscopy based on strongly coupled magnetic resonance theory 201189.Imura T;Okabe H;Hori Y Basic experimental study on helical antennas of wireless power transfer for Electric Vehicles by using magnetic resonant couplings 2009本文链接：/Periodical_zgdjgcxb201303001.aspx。
非接触式供电系统
非接触式供电系统目录摘要 (I)Abstract (II)1 实验任务及要求 (1)1.1 实验任务 (1)1.2 实验要求 (1)1.3 实验结果说明 (1)2 非接触供电系统背景 (2)3 无线传输原理 (3)3.1微波无线能量传输 (3)3.2电磁感应式无线传输 (4)3.3 电磁共振式无线能量传输 (4)4 磁耦合谐振式无线能量传输系统 (5)4.1能量传输系统的构成 (6)4.2耦合谐振系统 (6)4.3 能量传输过程及其遵循的准则与方程 (6)5 非接触供电系统方案设计 (8)5.1 高频振荡电路设计 (9)5.1.1 设计方案 (9)5.1.2 晶振电路的工作原理 (11)5.2 功率放大器设计 (12)5.2.1 功率放大器原理 (12)5.2.2 功率放大器分类 (12)5.2.3 设计方案 (14)5.2.4功率放大器电路图 (15)5.3 AC/DC电路方案 (15)5.4 耦合线圈 (17)5.4.1 线圈电感 (17)5.4.2 线圈互感 (18)5.4.3 传输系统的最佳频率范围 (18)5.5电路总图及单元电路 (19)6方案实现与测试 (21)6.1 直流电源 (21)6.2 高频晶振振荡电路 (21)6.3 高频功率放大器 (22)6.4桥式整流电路 (24)6.5实现非接触式供电 (24)6.6 实验结果及说明 (25)六总结与体会 (28)参考文献 (29)摘要非接触供电是一种能以电气非接触方式，将功率从功率输送机提供到功率接收机的供电系统，其中功率输送组件连接到功率输送机以及功率接收组件连接到功率接收机。
功率输送组件具有用于输送功率的多个输送侧线圈以及用于接通/断开输送侧线圈的操作的多个输送侧开关。
功率接收组件具有用于接收功率的多个接收侧线圈、用于接通/断开接收侧线圈的操作的多个接收侧开关，另外，具有用于执行控制以便操作在实现最高功率输送效率的组合中的输送侧线圈的任何一个和接收侧线圈的任何一个的判定电路。
磁耦合谐振式无线电能传输方法研究
a
s
KS
磁场耦合 K
d
b
KD
图 1 磁耦合谐振式无线电能传输技术原理图
侧电路调谐电容；I1、I2 是发射、接收电路中的电流； M 为两线圈之间的互感。
R1
R2
M
Us I1
L1
L2
RL
I2
图中，s 为一次侧线圈，a 为一个交流高频电路， d 为接收端设备线圈，b 为电阻负载电灯。适当的电 源频率使得线圈 s 和 d 通过电路中电感和补偿电容 在系统中发生共振，电能以高频交流电的形式传到 发射线圈 s。由于发射端和二次侧接收端有着同样 的谐振频率，发射线圈与接收线圈产生谐振，使得 接收与负载电路 b 通电，完成电能传递。K、KS 与 KD 都是用来表示不同距离上的磁耦合谐振系数。
输过程更加安全可靠的优点[3]，因此具有极其光明的 技术前景，有望改变人类未来的生活方式[4原5]。
2 技术原理
2.1 磁耦合谐振技术 通过磁场耦合电磁谐振的方式，可进行中、短距
离的无线电能传送。在实际工作中，有着相同大小的 固有频率的线圈以磁场为载体互相耦合，实现电能 的传输，传输长度范围大约在 5 厘米到 2 米之间，并 能穿越非磁性物质材料。
对系统各主要部分的硬件设计考虑归纳如下： (1) 逆变电路设计 由于振荡电路的输出电流和电压很小，有时需 要在振荡电路和 MOS 管输出电路之间添加一级驱 动电路。常用的高频率逆变电路包括：半桥逆变电 路、正激逆变电路、全桥逆变电路、反激逆变电路、E 类逆变电路等[11]，应按具体设计要求加以选用。 (2) 发射、接收线圈设计 此处发射回路被设计为串联式谐振电路，此结 构较为便于分析。在接收到逆变电路发射过来的高 频交流电后，发射线圈需要最大限度地将交流电能 转化为空间发射的磁场能量；而接收线圈则需要最 大限度地将空间的磁场能量转化为高频的交流电。 这就需要线圈一次侧与二次侧的磁耦合谐振。二次 侧接到整流装置与滤波电路中，可以使负载得到接 近直流的电能。可依据实际传输效果选择是否添加 稳压二极管。
滑动式可分离变压器的磁场分析
滑动式可分离变压器的磁场分析谢卫;孙桂红;李华【摘要】在分析可分离变压器基本结构和电磁关系的基础上,利用Ansoft仿真平台,完成滑动式可分离变压器的磁场分析与参数计算,并针对不同的绕组位置、铁心结构和铁心材料,研究铁心工作磁密与电磁耦合系数的变化规律,为滑动式可分离变压器的设计及优化提供可靠依据.【期刊名称】《山东交通学院学报》【年(卷),期】2011(019)004【总页数】5页(P65-69)【关键词】可分离变压器;磁场分析;参数计算;优化设计【作者】谢卫;孙桂红;李华【作者单位】上海海事大学电气自动化系,上海201306;上海海事大学电气自动化系,上海201306;国电南瑞科技股份有限公司,江苏南京210061【正文语种】中文【中图分类】TM402传统的电能传输是通过插座、插头和导线的直接接触来进行的，这种供电方式在给运动设备供电时会存在滑动磨损、接触火花和裸露导线等问题，因而存在一定的局限性。
以可分离变压器为核心的非接触感应电能传输系统利用电磁耦合技术，可以实现电能从静止设备向运动设备的非接触式传输，在诸如自动化港口货运运输、井下矿物运输和水下探测设备供电等领域发挥重要作用［1－2］。
由于存在较大气隙，可分离变压器的磁场分布比较复杂，漏磁较多，其电磁耦合关系决定了变压器的基本参数和运行性能，如果采用普通的等效磁路法进行计算会产生较大的误差。
为了提高设计精度，应进行磁场的有限元分析。
本文从可分离变压器的基本结构出发，利用Ansoft工程电磁场仿真软件完成磁场分析与参数计算。
1 基本结构普通变压器的一、二次侧线圈绕在共同的闭合铁心上，虽然磁路耦合程度很高，但一、二次侧绕组不能相对移动。
可分离变压器的一、二次侧绕组是可以分离的，其磁路经气隙而闭合，故又称为气隙变压器。
这种变压器一、二次侧之间仍然通过电磁感应实现电能的传输，因气隙导致的磁路耦合程度的降低可由提高一次侧交流电源的频率加以补偿［3］。
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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