感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)（ICPT）以電磁耦合的方式實(shí)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(diǎn),，如導(dǎo)體裸露、機(jī)構(gòu)磨損,、接觸電火花等,，在各行業(yè)都有較高的應(yīng)用價(jià)值。
    多負(fù)載ICPT系統(tǒng)是指電能發(fā)射部分只有一組,，而次級(jí)電能拾取部分有多組的ICPT系統(tǒng),。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)一個(gè)供電源對(duì)多個(gè)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(tái)[3]等,。隨著科技的發(fā)展，多負(fù)載ICPT技術(shù)有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,。
    目前已有一些對(duì)多負(fù)載ICPT系統(tǒng)的研究,。參考文獻(xiàn)[4]對(duì)多負(fù)載ICPT系統(tǒng)的電能發(fā)射和拾取線圈進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),，參考文獻(xiàn)[5]中電能發(fā)射機(jī)構(gòu)的磁芯對(duì)系統(tǒng)的電能傳輸效率和功率的影響進(jìn)行了研究分析，得出系統(tǒng)傳輸功率的計(jì)算方法,，參考文獻(xiàn)[6-7]研究了多負(fù)載切換的控制方法和不同多負(fù)載的識(shí)別,。這些文獻(xiàn)中，主要是針對(duì)系統(tǒng)的傳輸功率進(jìn)行研究,，關(guān)于多負(fù)載ICPT系統(tǒng)效率的研究卻比較少,。而多負(fù)載ICPT系統(tǒng)的效率是影響其設(shè)計(jì)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。本文從多負(fù)載ICPT系統(tǒng)的等效互感耦合模型出發(fā),，針對(duì)多負(fù)載ICPT系統(tǒng)的傳輸效率進(jìn)行分析,。
1 多負(fù)載ICPT系統(tǒng)互感模型
    多負(fù)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(guò)初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的電磁耦合來(lái)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(jí)與次級(jí)繞組磁場(chǎng)耦合關(guān)系的電路模型,。該模型使用感應(yīng)電壓來(lái)描述變壓器初級(jí)和次級(jí)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(fù)載ICPT系統(tǒng)輸出效率。
    圖2給出了多負(fù)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(guò)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(jí)線圈和次級(jí)線圈內(nèi)阻,，Lp,、Lsi分別是初級(jí)線圈和次級(jí)線圈繞組電感，jω0MIp是初級(jí)電流在次級(jí)拾取機(jī)構(gòu)中的感應(yīng)電壓,，jω0MIsi是次級(jí)拾取機(jī)構(gòu)中電流在初級(jí)發(fā)射機(jī)構(gòu)中的反射電壓。R1～Ri是次級(jí)拾取機(jī)構(gòu)負(fù)載等效電阻,。
    為了便于系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)化分析,，本文設(shè)定所有拾取機(jī)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(duì)ICPT系統(tǒng)初級(jí)和次級(jí)的勵(lì)磁電感進(jìn)行補(bǔ)償。已有研究資料表明,，多諧振補(bǔ)償在ICPT系統(tǒng)功率傳輸和提高效率方面比單諧振補(bǔ)償更具有優(yōu)勢(shì)[8],。圖3是四種多諧振補(bǔ)償拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

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

    由圖4可得初級(jí)繞組串聯(lián)電容補(bǔ)償（PS）和并聯(lián)電容補(bǔ)償（PP）的各自等效總阻抗Zp為：
    
    電路諧振時(shí)，整個(gè)電路呈電阻性,。因此根據(jù)諧振條件,，可以計(jì)算出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多諧振時(shí)初級(jí)補(bǔ)償電容Cp滿足表1中所示取值。

3 多負(fù)載ICPT系統(tǒng)效率分析
    基于前文的分析與計(jì)算,，得出多負(fù)載ICPT系統(tǒng)的效率計(jì)算公式（9）,，由此可以對(duì)多負(fù)載ICPT系統(tǒng)的效率和負(fù)載的關(guān)系進(jìn)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(gè)拾取機(jī)構(gòu)的等效負(fù)載有關(guān)?？梢栽O(shè)定f=20 kHz,，M=10 μH，Rp=0.5 Ω,，Rs=0.2 Ω,。通過(guò)計(jì)算和MATLAB仿真，可以得系統(tǒng)效率與負(fù)載的關(guān)系曲線圖如圖5所示,。

    從圖5可以看出,，PSSS補(bǔ)償時(shí)，系統(tǒng)采用恒流控制,。對(duì)于完全相同的負(fù)載,，在系統(tǒng)的工作頻率、互感值一定的情況下,，拾取機(jī)構(gòu)的個(gè)數(shù)對(duì)系統(tǒng)的效率沒(méi)有太大影響,。負(fù)載的阻值較小時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的效率影響較大,，但是隨著負(fù)載阻值的增大,，系統(tǒng)的效率得到提高。同時(shí),，負(fù)載不同時(shí)隨著負(fù)載阻值的增加,，系統(tǒng)的傳輸效率同樣得以提升。
4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析
    為驗(yàn)證上述關(guān)于多負(fù)載ICPT系統(tǒng)效率理論研究的正確性,，以兩個(gè)拾取機(jī)構(gòu)為例,，對(duì)理論分析部分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)電路采用PSSS拓?fù)溲a(bǔ)償結(jié)構(gòu)的電壓型多負(fù)載ICPT系統(tǒng),，拾取機(jī)構(gòu)采用U 型磁芯,，磁芯規(guī)格以及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(wèn)題是該研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。多諧振補(bǔ)償能夠大大提高系統(tǒng)的傳輸效率,。多負(fù)載ICPT系統(tǒng)中初級(jí)補(bǔ)償電容Cp值是一個(gè)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(guò)對(duì)多負(fù)載ICPT系統(tǒng)的建模與分析,，給出了多諧振時(shí)系統(tǒng)的效率計(jì)算公式和初級(jí)補(bǔ)償電容Cp的選擇方法,。并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了PSSS補(bǔ)償時(shí)的系統(tǒng)效率，證明了文中給出的多負(fù)載ICPT系統(tǒng)效率計(jì)算的正確性以及補(bǔ)償電容Cp取值方法的正確性,，對(duì)未來(lái)多負(fù)載ICPT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化具有一定的指導(dǎo)意義,。
參考文獻(xiàn)
[1] ELLIOTT G A J，COVIC G A,，KACPRZAK D,，et al. A new concept：Asymmetrical pick-ups for inductively coupled power transfer monorail systems[J].IEEE  Transactions on Magnetics，2006,，42(10)：3389-3391.
[2] MATSUDA Y,，SAKAMOTO H.Non-contact magnetic coupled power and data transferring system for an electric vehicle[J].Journal of Magnetism and Magnetic  Materials，2007,，310(2)：2853-2855.
[3] 趙彪,，冷志偉，呂良,，等.小型非接觸電能傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電力電子技術(shù),，2009，43(1)：49-51.
[4] 韓騰,，卓放,，劉濤，等.可分離變壓器實(shí)現(xiàn)的非接觸電能傳輸系統(tǒng)研究[J].電力電子技術(shù),，2004,，38(5)：28-29.
[5] 孫躍，卓勇,，蘇玉剛，等.非接觸電能傳輸系統(tǒng)拾取機(jī)構(gòu)方向性分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),，2007,，30(4)：87-90.
[6] 楊民生，王耀南,，歐陽(yáng)紅林.新型無(wú)接觸電能傳輸系統(tǒng)多負(fù)載解耦控制研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),，
2007，34(10)：53-56.
[7] 孫躍,，黃衛(wèi),，蘇玉剛.非接觸電能傳輸系統(tǒng)的負(fù)載識(shí)別算法[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào),，2009，32(2)：141-145.
[8] 周雯琪,，馬皓,，何湘寧.感應(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)不同補(bǔ)償拓?fù)涞难芯縖J].電工技術(shù)，2009,，24(1)：134-139.