【正文】 率決定了常規(guī)變壓器的磁阻較小，需要的勵(lì)磁電流較小 [12,15]。 8 （ a）滑動(dòng)式可分離變壓器 （ b）旋轉(zhuǎn)式可分離變壓器 圖 可分離變壓器示意圖 改進(jìn)型非接觸變壓器 磁芯形狀 T. H. Nishimura 于 1994 年提出了基于傳統(tǒng)非平面磁芯和卷繞繞組結(jié)構(gòu)的非接觸變壓器，如圖 所示。 g 固定， cL 越大，耦合系數(shù)越高，大氣隙引起的 /aLRR較大是非接觸變壓器耦合系數(shù)小的根本原因。 Lg 圖 改進(jìn)的變壓器磁芯 繞組布置 針對(duì)圖 給出的平面 U 形磁芯，繞組也宜采用平面布置，便于減小漏感。 表 1 平面 U 型磁芯兩種繞組布置方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 磁芯 質(zhì)量 /g L/mm 繞組形式 耦合系數(shù) 平面 U43（ Planar E43/10/28 磨掉中柱） 59 集中式 分布式 注：原副邊繞組均為 25 匝，氣隙 10mm，頻率 300kHz。 圖 兩種繞組布置方式的仿真結(jié)果對(duì)比 因此，變壓器應(yīng)采用分布式平面繞組結(jié)構(gòu) [2]。 這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，文獻(xiàn) [9]給出的等效磁路和耦合系數(shù)近似分析方法有一定的局限性，不能夠準(zhǔn)確地描述改進(jìn)型非接觸變壓器的磁通分布及耦合系數(shù) [2]。 2 區(qū)為第 2 部分，部分耦合磁通為 MP? 。 根據(jù)電磁場(chǎng)仿真結(jié)果，結(jié)合磁通分類原則，可按照?qǐng)D 來(lái)定義非接觸變壓器的磁阻，進(jìn)而畫出非接觸變壓器的等效磁路圖，如圖 所示 [2]。 由近似公式 ()可知，當(dāng) L2g 時(shí)，則 k， 相同氣隙條件下變壓器耦合系數(shù)低于文獻(xiàn)。 增加 W，所有磁阻同時(shí)減小。 14 (a) 橫向尺寸優(yōu)化 (正視圖 ) (b) 寬度尺寸優(yōu)化 (底視圖 ) 圖 磁芯結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法 邊沿?cái)U(kuò)展平面 U 型非接觸變壓器 由上述優(yōu)化方法，本文提出了邊沿?cái)U(kuò)展 、 平面 U 型非接觸變壓器。當(dāng)磁芯總長(zhǎng)度一定時(shí)，應(yīng)令 L 略大于 2 倍氣隙長(zhǎng)度，從而可有效利用磁芯長(zhǎng)度盡量提高全耦合磁通比例，提高變壓器耦合系數(shù) [2]。互感模型使用感應(yīng)電壓和反映電壓的概念來(lái)描述原、副邊繞組的耦合關(guān)系。 圖 給出了采用互感模型的可分離變壓器等效電路，忽略原、副邊繞組的電阻。 17 pV?pLL pI?L sI?sLsV?Lsj M I? ?? Lpj M I? ?M 圖 可分離變壓器的互感等效電路 變換器 副邊等效電路 根據(jù)可分離變壓器的互感等效電路，假設(shè)可分離變壓器原邊繞組電流 pI 是恒定交流，那么在穩(wěn)態(tài)情況下，可分離變壓器副邊繞組的感應(yīng)電壓是一個(gè)恒定的交流電壓源。串聯(lián)補(bǔ)償中補(bǔ)償電容和可分離變壓器的原、副邊繞組是串聯(lián)的；并聯(lián)補(bǔ)償中補(bǔ)償電容和可分離變壓器的原、副邊繞組是并聯(lián)的。圖 (c)中，通過補(bǔ)償電容 pC 和原邊繞組 pL 的諧振，流過補(bǔ)償電容 pC 的電流對(duì)原邊繞組 pL 電流中具有一定的補(bǔ)償作用，降低了開關(guān)管的電流應(yīng)力，適用于采用集中繞組的應(yīng)用場(chǎng)合。圖 (b)中，補(bǔ)償電容 sC 與變壓器副邊電感 sL 在頻率諧振處，副邊等效為一電阻，輸出電壓與負(fù)載無(wú)關(guān)，等效于輸出電壓為副邊感應(yīng)電壓的恒壓源，適用于需要直流母線電壓的場(chǎng)合。 pL sLoI?oV?R pL sLMLpI? sCoI?oV?LsI?R （ a）未加補(bǔ)償 （ b）串聯(lián)補(bǔ)償 pL sLM LsI?LpI? sCoIoV? （ c）并聯(lián)補(bǔ)償 圖 副邊補(bǔ)償電路 因此，變換器的補(bǔ)償電路共有 4 種：串聯(lián) — 串聯(lián)補(bǔ)償，串聯(lián) — 并聯(lián)補(bǔ)償，并聯(lián) — 串聯(lián)補(bǔ)償，并聯(lián) — 并聯(lián)補(bǔ)償，分別適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合 。 高頻逆變部分是非接觸感應(yīng)能量傳輸系統(tǒng)的核心組成部分之一，輸出高頻電壓或電流，對(duì)非接觸感應(yīng)傳輸系統(tǒng)的傳輸能力和傳輸效率產(chǎn)生影響。另一方面，開關(guān)頻率受器件和開關(guān)損耗的限制不能很高，即開關(guān)頻率遠(yuǎn)小于 SPWM 所需的開關(guān)頻率，達(dá)不到輸出高頻電壓（電流）的要求。 帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器的諧振頻率 采用帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器作為非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的功率變換器。 ? ? ? ?222 22 2421LrsL sLsMRZjLR LRML?? ????? ??? ????? （ ） 其中， ω表示變換器的工作角頻率。 因此，帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器可以等效為圖 。 由于 可分離變壓器的耦合系數(shù) K 滿足 0﹤ K﹤ 1，因此，式（ ）中， ? ? 24 2 2 2 2 4228824s p s p o p p oL K L L C R L C R??? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 244 2 2 222882s p s p o p o pL L L C R C R L??? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 222 28 0s p p oL L C R?????? ? ????????? （ ） 因此，變換器總存在諧振點(diǎn)使電路發(fā)生諧振。開關(guān)頻率高于諧振頻率時(shí)，開關(guān)管是零電壓開通的，但是開關(guān)管關(guān)斷時(shí)卻存在較大的損耗，為了實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的軟關(guān)斷，通常給開關(guān)管并聯(lián)電容，限制關(guān)斷時(shí)開關(guān)管兩端的電壓上升率，從而降低關(guān)斷損耗，如圖 所示， 1C — 4C 為緩沖電容。該階段，橋臂電 25 壓 acV 保持為零。隨著電流 LpI 方向的改變， LpI 從開關(guān)管 S1 和 4S 流過，變換器開始向負(fù)載傳遞能量。但是零電壓開通是有條件的。因此，緩沖電容的大小應(yīng)該綜合考慮。圖 是帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧 振變化器的 saber 仿真圖，圖 是移相控制帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器的仿真波形，仿真參數(shù)為：可分離變壓器原、副邊電感 pL = sL =60uH，耦合系數(shù) K=，諧振電容 pC =，負(fù)載 R=10 歐姆 ,輸入電壓 inV =100V，開關(guān)頻率為 50kHz， 28 移相角為 45 度。 （ a） 29 （ b） 圖 移相控制帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器仿真波 形 觀察圖 （ b）中 ? ?oUC 、 ? ?rIL 的波形可以看出，當(dāng) ? ?oUC =0 時(shí)， ? ?rIL 為最大值；當(dāng) ? ?rIL =0 時(shí)， ? ?oUC 為最大值；所以 oC 、 rL 中的能量相互交換，處于諧振狀態(tài)。 ? 介紹了非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成，針對(duì)應(yīng)用可分離變壓器實(shí)現(xiàn)能量傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，討論了非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 后續(xù)研究工作展望 本文由于 作者 時(shí)間和水平有限，本 設(shè)計(jì) 還有以下工作有待深入研究： ? 討論了繞組位置和氣隙對(duì)可分離變壓器參數(shù)的影響，得出了變壓器參數(shù)隨氣隙變化的規(guī)律。 32 參考文獻(xiàn) [1] 電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)概述 [M]. 北汽新能源 [2] 張巍 ， 陳乾宏 ， S. 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