【正文】 ，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。 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。 1S2S4SacV LpI0t 1t 3t 5t 6t 8t2t 4t 7t3S 圖 考慮死區(qū)的移相控制主要波形圖 26 V i n C o R e S 1 S 2 S 4 S 3 V a c L p C 4 C 2 C 1 C 3 inI LpI V i n C o R e S 1 S 2 S 4 S 3 V a c L p C 4 C 2 C 1 C 3 L p I inI （ a） （ b） V i nC oR eS 1S 2 S 4S 3V a cL pC 4C 2C 1 C 3LpIV i nC 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。 31 第五章 總結(jié)與展望 本文主要工作總結(jié) ? 介紹了研究背景，回顧了非接觸感應(yīng)電能傳輸技術(shù)的研究現(xiàn)狀，討論了非接觸感應(yīng)電能傳輸技術(shù)的發(fā)展趨勢。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，張 老師總是在我學(xué)習(xí)遇到 困難 的時(shí)候，出現(xiàn)在我的面前，及時(shí)的給予指導(dǎo)， 不斷對我得到的結(jié)論進(jìn)行總結(jié)，并提 出新的問題，使得我的畢業(yè)設(shè)計(jì) 內(nèi)容 能夠深入地進(jìn)行下去，也使我接觸到了許多理論和實(shí)際上的新問題， 使 我做了許多有益的思考。 圖 帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變化器的 saber仿真圖 圖 中與開關(guān)管串聯(lián)的電阻是考慮到開關(guān)管具有導(dǎo)通壓降 。此時(shí)可以零電壓開通開關(guān)管 4S 。 由式（ ）、式（ ）可知， 反映電阻 eR 和反映電容 eC 的大小是由可分離變壓器的副邊電感 sL 、互感 M，負(fù)載 0R 和變換器的工作角頻率 ω決定的。通過原邊繞組與副邊繞組的感應(yīng)電磁耦合將電能經(jīng)過整流濾波和功率調(diào)節(jié)后提供給用電設(shè)備。 補(bǔ)償方式可以分為串聯(lián)補(bǔ)償和并聯(lián)補(bǔ)償兩類。該新型磁芯結(jié)構(gòu)通過增加原副邊磁芯正對面積，提高全耦合磁通的比例，增大耦合系數(shù)；將磁芯邊沿的擴(kuò)展部分限制在邊柱的底部，因而能在獲得高耦合系數(shù)的同時(shí)顯著降低 變壓器的體積和質(zhì)量。 MF? 為由原邊電流產(chǎn)生，匝鏈副邊所有繞組的磁通。實(shí)驗(yàn)表明分布式繞組更有利于提 10 高變壓器的 耦合系數(shù)?？煞蛛x變壓器和常規(guī)變 壓器在原理上類似，都是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能從變壓器原邊到副邊的變換。變壓器原、副邊采用無線通訊的方式對能量變換進(jìn)行檢測和控制。此外，不斷提高功率等級、系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性、增加分離式變壓器的氣隙也是非接觸感應(yīng)電能傳輸技術(shù)需要解決的難點(diǎn)。隨著功率變換技術(shù)、控制技術(shù)和磁性材料的發(fā)展，以及非接觸感應(yīng)電能傳輸需求的增長，非接觸感 應(yīng)電能傳輸技術(shù)得到了迅速的發(fā)展 [3]。除傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接傳輸外，非接觸電能傳輸包括感應(yīng)傳輸、容性傳輸、電磁波傳輸。噪聲對人的聽覺、神經(jīng)、心血管、消化、內(nèi)分泌、免疫系統(tǒng)也是有危害的。 23 采用移相控制方式的全橋串聯(lián)諧振變換器電路仿真 19 帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器的諧振頻率 full bridge series resonant converter iii 目 錄 摘 要 首先介紹了非接觸感應(yīng)電能傳輸?shù)脑怼⒀芯楷F(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。 7 可分離變壓器的分類 18 帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器電路特性分析 31 參考文獻(xiàn) 32 致 謝 33 1 第一章 緒 論 論文選題背景 隨著 “汽車社會(huì) ”的逐漸形成，汽車保有量在不斷地呈現(xiàn)上升趨勢，而石油等資源卻捉襟見肘，另一方面，吞下大量汽油的車輛不斷排放著有害 氣體和污染物質(zhì)。 ② 快速充電，多為直流充電，一次充電需要 1020 分鐘左右；存在問題：在短時(shí)間內(nèi)充電完畢需要一個(gè)兆瓦級的充電站，難以實(shí)現(xiàn)。這種傳輸方式由于存在摩擦、磨損和裸露導(dǎo)線，很容易產(chǎn)生接觸火花，影響了供電的安全性和可靠性，縮短了電氣設(shè)備的使用壽命。 非接觸感應(yīng)能量傳輸系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 非接觸感應(yīng)電能傳輸技術(shù)是近些年發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)，國際上至今還沒有制訂相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。 本文研究的內(nèi)容 本文對非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容如下： ? 第一章在概述研究背景的基礎(chǔ)上，介紹了非接觸感應(yīng)電能傳輸技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，指出本文的研究意義和研究內(nèi)容。為了給變壓器原邊繞組提供波形質(zhì)量較好的交流電流，減少電磁干擾和電磁輻射，常采用諧振變換器給可分離變壓器的原邊繞組提供正弦電流。 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。 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]。 增加 W，所有磁阻同時(shí)減小。 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。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合。 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。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。因此，緩沖電容的大小應(yīng)該綜合考慮。 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。 ? 對變換器的原、副邊補(bǔ)償電路進(jìn)行阻抗分析。二極管應(yīng)選導(dǎo)通壓降小的，且要選快恢復(fù)二極管以減小關(guān)斷 損耗。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)， 變換器有八個(gè)工作模態(tài)，如圖 所示。開關(guān)管 1S 和 4S 同相工作，開關(guān)管 2S 和 3S 同相工作，開關(guān)管 1S 和 2S為 180 度互補(bǔ)導(dǎo)通。在充電器場合，宜采用副邊并聯(lián)補(bǔ)償?shù)姆绞?，?shí)現(xiàn)對電池的恒流充電。 Lpj MI? ? 表示可分離變壓器原邊繞組電流 LpI? 在副邊的感應(yīng)電壓， Lsj MI? ?? 是可分離變壓器副邊繞組電流 LsI? 在原邊的反映電壓 [3,12,13,16,20]。減小 MFR 、 MPR ，同時(shí)增大 1LR 、0? ，有利于實(shí)現(xiàn)高耦合系數(shù)和輕量化。 12 圖 磁通分塊示意圖 1A、 1B 區(qū)為第 1 部分，漏磁通為 L? 。改進(jìn) 9 的變壓器磁芯如圖 所示，為平面 U 型結(jié)構(gòu)。提高變換器的開關(guān)頻率可以減小非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的體積和重量，但是隨著開關(guān)頻率的不斷提高，采取硬開關(guān)方式的功率變換器，其開關(guān)損耗將大大增高，影響了系統(tǒng)效率的提高，對電動(dòng)汽車和磁浮列車等大功 率充電場合，提高變換器的效率尤為重要。 ? 第三章在概述可分離變壓器的基礎(chǔ)上，介紹了改進(jìn)型非接觸變壓器，給出了改進(jìn)型非接觸變壓器的磁路模型，提出了非接觸變壓器的優(yōu)化方案。像其他新技術(shù)一樣，非接觸感應(yīng)電能傳輸技術(shù)的發(fā)展面臨著很多挑戰(zhàn)。在水下場合，導(dǎo)線直接接觸供電存在電擊的潛在危險(xiǎn)。利用充電樁充 電 的形式 會(huì) 有以下缺點(diǎn)：同時(shí)充電的汽車數(shù)目 有限，戶外有線充電樁易受到 損壞 ，建專用充電站占用大量用地。新能源汽車的發(fā)展方向有多種，從技術(shù)發(fā)展成熟程度和中國國情來看，純電動(dòng)汽車應(yīng)是大力推廣的發(fā)展方向。 20 移相控制帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器的分析 7 改進(jìn)型非接觸變壓器 其次，對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，對移相控制的帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行了電路仿真。 Separate transforme