基于松耦合变压器的小功率CPT系统

压关 系 ， 一般 采用 互 感模 型 。互 感 模 型 是 一种 描 述 原、 副边绕 组 电磁 耦 合关 系 的 电路模 型 。它使 用 感
应 电压 和反应 电压 的 概 念来 描 述 变 压器 原 、 边 绕 副
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组 的耦合关 系 ， 感应 电压 和反 应 电压 都 通过 互 感来 表达 。松 耦 合 变 压 器 串 联一 并 联 补 偿 互 感 模 型
制 作松耦 合 变压 器 的原边 和副 边绕 组 ， 出 了有 芯 电感 的几何 参数 和物 理参数 。原 边 、 给 副边之 间通
过 高频 方波 传递 能量 。最后 给 出了整 个 系统 的 电路 图。测 试结 果表 明 ， 当原 边 和 副边距 离在 ５ ｍ ｍ 以 内时 ， 电能传输 效 率较 高 ， 为手机 等 小功率 用 电设备 充 电。 可
带 很 多 充 电器 的麻 烦 ， 少 了环 境 污 染 ， 时 更 安 全 减 同 更便 捷 。
图 １ 松 耦 合 变 压 器 串联 一 并 联 补 偿 互 感 模 型
Ｆｉ．１ Ｓ ｒｅ — ｒ ｌｅ ｏ ｇ ｅ ｉ ｓｐａａｌ ｌｃ ｍｐｅ ａ ｅ ｔ ａ ｎ ｃａ ｃ ｎｓ ｔｄ ｍｕ ｕ ｌｉｄｕ ｔｎ ｅ
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电 工 电 能 新 技 术
第 ３ 卷 １
１ 耦 合 系数 表 示 变 压 器 原 、 。 副边 绕 组 的 耦 合 程 度， 与变 压 器铁芯 材料 、 绕组 的相对 位 置及气 隙大小 有关 。非 接触 电能传 输 的效 率 与这些 因素及 线 圈电 感值 都有 关 系。非接 触感应 电能传输 系统 中 的漏 感 限 制 了其 传输 的有 功 功 率 ， 一般 采 用 补 偿 容抗 来 平 衡 电路 中 的感 抗 。本 Ｃ Ｔ系统 用 于充 电场合 ， Ｐ 副边 输 出电流在 负载 变化 时最 好 不变 ， 副边 采 用 电容 故 并 联 补偿 ， 原边 一 般采 用 电容 串联 补 偿 。 由参 考 文 献［ ］ ， ４ 知 副边 并联补偿 电容 ：
其 中， Ｋ为工程 上定 义 的耦 合 电感 的耦 合 系数 ， Ｋ≤
收 稿 日期 ：２ １ －８０ ０ １ —２ ０
基 金 项 目 ：浙 江 省新 苗 人 才计 划 （ ０ ０ ４ ４ １ ） 浙 江 省 自然 科 学 基 金 （ １９ １２ 资 助 项 目 ２１Ｒ００５ ； Ｙ ００ ８ ）
第 ３ 卷 第 ３期 １ ２１ ０ ２年 ７月
电 工 电 能 新 技 术
Ａｄｖ ｎ ｅ ｃ ｎ ｌ ｇ ｆＥｌ ｃｒｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｅ ｇ ａ ｃ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｅ ｔｉａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｅｎ ｒ ｙ
Ｖｏ ． １ ３１，Ｎｏ ３ ．
作 者 简 介 ：于 建 阁 （９ ９ ） １８ ． ，男 ， 南 籍 ， 江 师 范 大 学 电子 信 息 工 程 ０ 河 浙 ８级 本 科 在 读 学 生 ；
吕干 云 （９ ６） １７ 一 ，男 ， 江 籍 ，副 教 授 ， 士 ，主 要 研 究 电 能 质 量 及 人 工 智 能在 电力 系统 中 的应 用 。 浙 博
关 键 词 ： 耦 合 变 压 器 ；小功 率 ；非 接 触 电 能 传 输 ； Ｃ 松 Ｐ Ｂ螺 旋 电 感 线 圈 ；高 频 方 波
中 图 分 类 号 ： Ｍ４ ２ Ｔ ０ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ —０ ６ ２ １ ） ３０ ９ －４ ０ ３ ３ ７ （ ０ ２ ０ －０ ３ ０
Ｊ ｌ ０１ ｕｙ ２ ２
基 于 松 耦 合 变 压 器 的 小 功 率 Ｃ Ｔ 系 统 Ｐ
于建 阁 ，吕干 云 ，吴 张 勇 ，齐 立 鹏
（ 浙江 师 范大 学数 理 与信 息工程 学 院 ，浙江 金 华 ３ １ ０ ） ２ ０ ４
摘 要 ：设计 并 实现 了一种 基 于松 耦 合 变压 器 小功 率 Ｃ Ｔ Ｃ ｎａｔ ｓ Ｐ ｗ ｒ ｒｎ￣ｒ 系统 。 采 用互 Ｐ （ ｏ ｔ ｌ ｓ ｏ ｅ ａ ｓ ） ｃｅ Ｔ 感模 型对 松耦 合 变压 器进行 了分析 ， 对其 原边和 副 边进行 了补偿 。采 用有 芯 Ｐ Ｂ螺 旋 电感 线 圈来 Ｃ
能采 用 理想变 压器 模 型 来 描述 原 、 边 绕 组 电流 电 副
点 ， 以使 充 电安全 便捷 地进行 ， 可 因此成 为 电能传 输 领 域 的一 大 研 究 热 点 … 。 目前 实 现 电能 非 接 触 传 输 主要 有 四种方 式 ： 线 电波 、 波 、 辐 射 性谐 振 无 微 非 磁耦 合 和 电磁 场 近 场 感 应 耦 合 。 前 三 种 方 式 实
１ 引 言
非接触 电能传输 （ Ｐ ） 指一 切借 助 某种 载 体 ＣＴ泛 实 现无 直接 电气 接触 的 电能传 输 。 由于不存 在物 理
上 的接触 它具 有无裸 露 导体 、 无接 触火 花 、 防水等 特
互 的 ， 过松 耦合 变压 器 的原 边 和 副边 线 圈 间 的 电 通 磁 场近 场耦合 实现 电能从 电源 系统 以非 电气直 接接 触 的方式 向一 个或 多个 用 电设 备传输 电能 。松耦 合 变压 器 的原 、 副边是 分离 的 ， 隙大 ， 气 漏感 大 ， 因此 不
如 图 １所 示 。
现 难度 都较 大 ， 目前 最 有 效 的 实 现方 式 是 第 四种方
式 。 以新西 兰奥 克 兰大 学 Ｂ ｙ ｏｓ教 授 为 首 的课 题 组
率先 提 出 了基 于 电磁 场 近场耦合 原 理 的非 接 触 电能 传输 技 术 ， 即感应 耦 合 电能 传 输技 术 。本 文 以感 应耦 合 电能传 输 理论 为 基 础 ， 计 了一 种 基 于松 耦 设 合变 压 器 的小 功 率 Ｃ Ｔ系 统 ， 级 回路 和次 级 回路 Ｐ 初 之 间采 用有 芯平 面 Ｐ Ｂ螺 旋 电感 线 圈 耦 合 。 系统 Ｃ 体积 很 小 ， 级 回路 可 内嵌 于手 机 、 ４等 ， 次 ＭＰ 省掉 了
ｍ ｏ ｌｏ ｏ ｓ ｌ ｏ ｐｌ ｄ ｔａ ｓ ｏ ｍｅ ｄｅ ｆ ｌ ｏ ｅ ｙ ｃ ｕ ｅ ｒ ｎ ｆ ｒ ｒ
２ 系统 设 计 与 实 现
２ １ 理 论 分 析 ．
松耦合 变压 器 的互感
Ｍ ＝Ｋ
：
（） １
感应 耦合 电能传输 是通 过高 频磁 场进 行能 量交