【正文】 C oR eS 1S 2 S 4S 3V a cL pC 4C 2C 1 C 3LpI （ c） （ d） V i nC oR eS 1S 2 S 4S 3V a cL pC 4C 2C 1 C 3 LpIV i nC oR eS 1S 2 S 4S 3V a cL pC 4C 2C 1 C 3 LpI （ e） （ f） 27 V i nC oR eS 1S 2 S 4S 3V a cL pC 4C 2C 1 C 3 LpIV i nC oR eS 1S 2 S 4S 3V a cL pC 4C 2C 1 C 3 LpI （ g） （ h） 圖 移相控制全橋串聯(lián)諧振變換器的開關(guān)模態(tài)圖 通過以上分析可知，開關(guān)頻率高于諧振頻率的移相控制全橋串聯(lián)諧振變換器可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)，減小開關(guān)損耗和電磁干擾。 V i nC oR eS 1S 2 S 4S 3I l pV a cL pC 4C 2C 1 C 3 圖 加緩沖電容的全橋串聯(lián)諧振變換器的等效電路 開關(guān)模態(tài) 1[ 0t ， 1t ]（如圖 （ a）所示）： 0t 時(shí)刻，開關(guān)管 1S 兩端電壓下降到零，電流 LpI流過開關(guān) 管 1S 的反并二極管和開關(guān)管 3S ，此時(shí)，可以零電壓開通開關(guān)管 1S 。 將式（ ）代入式（ ）可以得到串聯(lián)諧振角頻率 0? 的表達(dá)式： V i nC oR eS 1S 2 S 4S 3I l pV a cL p 圖 帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器的等效電路 II ? ? ? ?2 2 4 2 2 2 200 0p s p s p p p L s LL L C M L C L C R L R??? ? ? ? ? （ ） 將式（ ）代入式（ ）可得 23 ? ? ? ?2 2 4 2 2 2 20210p s p p p L s LK L L C L C R L R??? ? ? ? ? （ ） 由式（ ）可以得到變換器的串聯(lián)諧振角頻率 0? 的唯一表達(dá)式 ? ? ? ?? ?2 2 4 2 2 2 2 2 40 222421s p p L s p s p L p p Lp s pL L C R L K L L C R L C RK L L C?? ? ? ? ??? ? ?? ?2 2 42 4 2 2 2 22 2 2228 8 82421s p p o s p s p o p p op s pL L C R L K L L C R L C RK L L C? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? （ ） 則，變換器的串聯(lián)諧振頻率 f0 可表示為 ? ?? ?2 2 42 4 2 2 2 22 2 20 228 8 82412 21s p p o s p s p o p p op s pL L C R L K L L C R L C Rf K L L C? ? ???? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? （ ） 因此，諧振頻率 0f 是由可分離變壓器的原邊電感 pL 、 副 邊電感 sL 、耦合系數(shù) K，諧振電容 pC 和負(fù)載 oR 決定的。 21 V i nC pR 0D 2 D 4C fS 1S 2 S 4S 3V 0L sL pI l pD 1 D 3I L sMV a c 圖 帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器 為了簡化分析，根據(jù)正弦等效原理，將變換器副邊整流濾波電路等效為交流電阻 LR ， 028LRR??帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器副邊反映到原邊的阻抗為電容性阻抗。為了得到正弦度比較高的正弦波，假設(shè)開關(guān)頻率為正弦波頻率 10 倍，為了得到一個(gè) 30kHz~100kHz 的正弦波，開關(guān)頻率至少為 300kHz，如果要得到的正弦度更高的正弦波，開關(guān)頻率還要更高，使器件的開關(guān)損耗增加。實(shí)際工作時(shí)，副邊補(bǔ)償電路不一定處于完全諧振狀態(tài)，但是可以改善變換器的輸出特性。圖 (b)中，通過補(bǔ)償電容 pC 和原邊繞組 pL 的諧振，對(duì)原邊繞組 pL 兩端的電壓有一定的補(bǔ)償作用，即補(bǔ)償電容 pC 上的電壓降可以部分或完全抵消原邊繞組 pL 兩端的電壓降，降低了開關(guān)管的電壓應(yīng)力，適用于原邊繞組較長、分散的應(yīng)用場合。 因此，分離變壓器原邊繞組兩端的電壓是： p p Lp LsV j L I j M I??? ? ??? （ ） 分離變壓器副邊繞組兩端電壓的電壓為： s Lp s LsV j M I j L I??? ? ??? （ ） 可分離變壓器原邊繞組和副邊繞組的耦合系數(shù) K 為 psMK LL? （ ） 耦合系數(shù) K 表明了可分離變壓器原邊繞組和副邊繞組的耦合程度，與變壓器的結(jié)構(gòu)、幾何尺寸等因素有關(guān)，通常是根據(jù)具體的應(yīng)用要求確定的?；ジ心Ｐ褪橇硪环N描述原、副邊繞組耦合關(guān)系 的電路模型。繞組也應(yīng)采用平面分布式繞組，防止磁通經(jīng)兩繞組間集中氣隙直接閉合 [2]。即應(yīng)減小 MFR 、 MPR ，同時(shí)增大 1LR 、 2LR 、 3LR ，并盡可能減小 MFR 。 L? 為由原邊電流產(chǎn)生，未被副邊繞組耦合的磁通，包括 1A、 1B 區(qū)的磁通 A1? 、 B1? 。采用集中繞組時(shí)，原邊電流產(chǎn)生 的磁通不僅能經(jīng) L 閉合，還能從磁芯邊柱經(jīng)繞組間的集中氣隙回到磁芯頂柱， 降低了變壓器的耦合系數(shù)。此外，由于兩磁柱內(nèi)側(cè)距離 L(即磁芯窗口寬度 )相比文獻(xiàn) [17]中提出的磁柱中心距離 cL 對(duì)磁阻 LR 的影響更大，本文改用 L 來描述非接觸變壓器的特性 [2]。 旋轉(zhuǎn)式，利用了變壓器進(jìn)行能量傳輸不受轉(zhuǎn)速影響的特點(diǎn)，原邊和副邊保持旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，如圖 （ b）所示 [12,16]。因此，為了實(shí)現(xiàn)高功率密度，高的能量傳輸效率，必須實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)，減小開關(guān)損耗。與傳統(tǒng)的接觸式供電相比，非接觸供電使用方便、安全，無火花及觸電危險(xiǎn)，無積塵和接觸損耗，無機(jī)械磨損和相應(yīng)的維護(hù)問題，可適應(yīng)多種惡劣天氣和環(huán)境，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供電。 ? 第四章對(duì)帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器的電路特性進(jìn)行 了分析，分析了變換器的諧振頻率，對(duì)移相控制全橋串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行了電路仿真 ,同時(shí)分析了移相角的改變對(duì)變換器相關(guān)特性的影響。未來的交通系統(tǒng)供電需求將為新型無接觸電能傳輸系統(tǒng)提供廣闊的市場。首先，目前關(guān)于非接觸感應(yīng)電能傳輸?shù)睦碚摵同F(xiàn)代功率電子學(xué)相比，還很不完善，沒有一個(gè)統(tǒng)一的理論來指導(dǎo)設(shè)計(jì)非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)，因此 在 這方面 還 需要進(jìn)行深入的研究。 90 年代后期，日本、德國等國家相繼投入了一定的經(jīng)費(fèi)從事非接觸電能傳輸?shù)难芯亢蛯?shí)用化產(chǎn)品開發(fā)，已獲得一定的技術(shù)突破和相應(yīng)的實(shí)用產(chǎn)品，如日本大阪富庫公司的單軌型車和無電瓶運(yùn)貨車、德國奧姆富爾 (WAMPELER)公司 DE 150KW 載人電動(dòng)火車，軌道長度達(dá)400m，氣隙為 120mm，是目前為止建造的最大的非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)。在給運(yùn)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行供電時(shí)，一般采用滑動(dòng)接觸供電的方式，存在滑動(dòng)磨損，接觸火花，碳積和不安全裸露導(dǎo)線等缺點(diǎn) [68]。但是受電場強(qiáng)度和介電常數(shù)以及介電材料的限制，容性電能傳輸?shù)墓こ虒?shí)用還有待進(jìn)一步研究。因此，我們可以采用 無線充 電 形式 [1]。有些研究表明，同樣的原油經(jīng)過粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅(qū)動(dòng)汽車，其能量利用效率比經(jīng)過精煉變?yōu)槠停俳?jīng)汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車高，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量。 電動(dòng)汽車是指以車載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。 13 變壓器優(yōu)化方法 8 磁芯形狀 7 可分離變壓器特點(diǎn) 4 第二章 非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)基本特性研究 4 本文研究的內(nèi)容 4 本文研究的意義 最終的仿真結(jié)果能夠滿足系統(tǒng)的要求，并能夠穩(wěn)定工作，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。 編號(hào) 畢業(yè)論文 題 目 電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)研究 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 030720406 學(xué) 院 自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及自動(dòng)化 班 級(jí) 0307204 指導(dǎo)教師 張之梁 副教授 二 〇 一一 年六月 南京航空航天大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠信承諾書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（題目： 電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)研究 ）是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú) 立進(jìn)行研究所取得的成果。 關(guān)鍵詞 ： 非接觸感應(yīng)電能傳輸系 統(tǒng)，可分離變壓器，磁路模型，全橋串聯(lián)諧振變換器 ii The Research of Electric Vehicle Wireless Charging System Abstract Contactless inductive power transfer technique is a novel power transfer method, which utilizes the electromagic coupling theory to achieve contactless power transfer effectively and safely. Therefore this technique is widely used in many applications such as public transport systems, aviation and space systems, robots, medical plants, lighting, pact electronic devices, mine and water applications. The paper focuses on some key technologies of the contactless inductive power system. Firstly, the main operation principle, research status and development trends are introduced. Some design guide lines are discussed based on the structure of the system. The magic circuit of the separate transformer is analyzed on the base of the introduction of the characteristics and types of the separate transformer. The characteristics of the full bridge series resonant converter with the separate transformer and the resonant frequency are analyzed. Th