感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)（ICPT）以電磁耦合的方式實現(xiàn)供電部分與用電設(shè)備的非接觸供電,，消除了傳統(tǒng)供電方式的一系列缺點,，如導體裸露、機構(gòu)磨損,、接觸電火花等,，在各行業(yè)都有較高的應(yīng)用價值。
    多負載ICPT系統(tǒng)是指電能發(fā)射部分只有一組,，而次級電能拾取部分有多組的ICPT系統(tǒng),。該系統(tǒng)能實現(xiàn)一個供電源對多個用電設(shè)備的非接觸供電。如單軌鐵路非接觸供電系統(tǒng)[1-2],、非接觸供電平臺[3]等,。隨著科技的發(fā)展，多負載ICPT技術(shù)有著越來越廣泛的應(yīng)用,。
    目前已有一些對多負載ICPT系統(tǒng)的研究,。參考文獻[4]對多負載ICPT系統(tǒng)的電能發(fā)射和拾取線圈進行了優(yōu)化設(shè)計,，參考文獻[5]中電能發(fā)射機構(gòu)的磁芯對系統(tǒng)的電能傳輸效率和功率的影響進行了研究分析，得出系統(tǒng)傳輸功率的計算方法,，參考文獻[6-7]研究了多負載切換的控制方法和不同多負載的識別,。這些文獻中，主要是針對系統(tǒng)的傳輸功率進行研究,，關(guān)于多負載ICPT系統(tǒng)效率的研究卻比較少,。而多負載ICPT系統(tǒng)的效率是影響其設(shè)計性能的一個重要指標。本文從多負載ICPT系統(tǒng)的等效互感耦合模型出發(fā),，針對多負載ICPT系統(tǒng)的傳輸效率進行分析,。
1 多負載ICPT系統(tǒng)互感模型
    多負載感應(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)主要利用電磁感應(yīng)原理通過初級線圈和次級線圈之間的電磁耦合來傳輸電能，其原理圖如圖1所示,。

    互感模型是一種描述變壓器初級與次級繞組磁場耦合關(guān)系的電路模型,。該模型使用感應(yīng)電壓來描述變壓器初級和次級繞組的耦合關(guān)系?；诨ジ心Ｐ偷闹C振電路分析方法,，能夠方便快捷地分析多負載ICPT系統(tǒng)輸出效率。
    圖2給出了多負載ICPT系統(tǒng)互感模式的等效電路圖,。其中Vp是電網(wǎng)輸入電壓經(jīng)過整流濾波電路和高頻逆變電路之后的等效電壓,，Rp、Rs分別是初級線圈和次級線圈內(nèi)阻,，Lp,、Lsi分別是初級線圈和次級線圈繞組電感，jω0MIp是初級電流在次級拾取機構(gòu)中的感應(yīng)電壓,，jω0MIsi是次級拾取機構(gòu)中電流在初級發(fā)射機構(gòu)中的反射電壓,。R1～Ri是次級拾取機構(gòu)負載等效電阻。
    為了便于系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計和簡化分析,，本文設(shè)定所有拾取機構(gòu)參數(shù)相同,，即：
    
    由于互感耦合率很低，因此為了提高系統(tǒng)的能量傳輸功率和效率,，需要對ICPT系統(tǒng)初級和次級的勵磁電感進行補償,。已有研究資料表明，多諧振補償在ICPT系統(tǒng)功率傳輸和提高效率方面比單諧振補償更具有優(yōu)勢[8],。圖3是四種多諧振補償拓撲結(jié)構(gòu)圖,。

    Cp、Cs分別是初級繞組和次級繞組諧振補償電容,。
2 系統(tǒng)補償網(wǎng)絡(luò)分析
    由圖3可知次級拾取機構(gòu)串聯(lián)電容補償（SS）和并聯(lián)電容補償（SP）各自等效阻抗Zsi為：
    
    為降低電路計算復(fù)雜度,，通常將系統(tǒng)次級拾取機構(gòu)等效阻抗反射到初級繞組。圖4是單個拾取機構(gòu)到初級線圈的反射阻抗等效電路圖，Zri是ICPT系統(tǒng)拾取機構(gòu)到初級線圈的反射等效阻抗,。

    由圖4可得初級繞組串聯(lián)電容補償（PS）和并聯(lián)電容補償（PP）的各自等效總阻抗Zp為：
    
    電路諧振時,，整個電路呈電阻性。因此根據(jù)諧振條件,，可以計算出系統(tǒng)實現(xiàn)多諧振時初級補償電容Cp滿足表1中所示取值,。

3 多負載ICPT系統(tǒng)效率分析
    基于前文的分析與計算，得出多負載ICPT系統(tǒng)的效率計算公式（9）,，由此可以對多負載ICPT系統(tǒng)的效率和負載的關(guān)系進行分析,。
    
    由式(10)可以看出，ICPT系統(tǒng)的傳輸效率與系統(tǒng)的互感耦合值,、系統(tǒng)工作頻率和各個拾取機構(gòu)的等效負載有關(guān),。可以設(shè)定f=20 kHz,，M=10 μH，Rp=0.5 Ω,，Rs=0.2 Ω,。通過計算和MATLAB仿真，可以得系統(tǒng)效率與負載的關(guān)系曲線圖如圖5所示,。

    從圖5可以看出,，PSSS補償時，系統(tǒng)采用恒流控制,。對于完全相同的負載,，在系統(tǒng)的工作頻率、互感值一定的情況下,，拾取機構(gòu)的個數(shù)對系統(tǒng)的效率沒有太大影響,。負載的阻值較小時，對系統(tǒng)的效率影響較大,，但是隨著負載阻值的增大,，系統(tǒng)的效率得到提高。同時,，負載不同時隨著負載阻值的增加,，系統(tǒng)的傳輸效率同樣得以提升。
4 實驗驗證與分析
    為驗證上述關(guān)于多負載ICPT系統(tǒng)效率理論研究的正確性,，以兩個拾取機構(gòu)為例,，對理論分析部分進行實驗驗證。實驗電路采用PSSS拓撲補償結(jié)構(gòu)的電壓型多負載ICPT系統(tǒng),，拾取機構(gòu)采用U 型磁芯,，磁芯規(guī)格以及系統(tǒng)實驗設(shè)定參數(shù)分別如表2、表3所示，系統(tǒng)控制采用恒流控制,。實驗結(jié)果如表4所示,。

    感應(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)的傳輸效率問題是該研究領(lǐng)域的一個熱點。多諧振補償能夠大大提高系統(tǒng)的傳輸效率,。多負載ICPT系統(tǒng)中初級補償電容Cp值是一個很重要的參數(shù),，選擇合適的Cp值才能保證系統(tǒng)有較高傳輸效率。本文通過對多負載ICPT系統(tǒng)的建模與分析,，給出了多諧振時系統(tǒng)的效率計算公式和初級補償電容Cp的選擇方法,。并且通過實驗驗證了PSSS補償時的系統(tǒng)效率，證明了文中給出的多負載ICPT系統(tǒng)效率計算的正確性以及補償電容Cp取值方法的正確性,，對未來多負載ICPT系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化具有一定的指導意義,。
參考文獻
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