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多负载ICPT系统原边恒流控制简要分析
王利李良光
（安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽准南232001）
科技论坛
摘要：针对多负载感应非接融电能传输(ICPT)系统SP型(原边串联一制边并联)的拓扑结构，发现利用原边恒压的控制方式在负载变化时不易实现多个接收端电压稳定，团此提出一种简单的基于反映阻抗的原边恒流来实现输出稳压的方法。本文对基于反映阻抗的原边恒流的方法进行理论的分析
关键词：感应非接触电能传输：多负载；反映阻抗：原边恒流
ICPT技术系统利用电磁感应原理，将原边的电能通过磁场耦合传输到副边实现电能的无传输。在多负载ICPT系统中，对于负载的变化，都会引起频率谐振的变化和接收端电压的变化，因此必须采用合适的补偿电路和控制方法。在此主要对以上间题进行研究，并进行理论的分析。
1多负载ICPT系统原理
图1示出了多负载ICPT系统，系统主要有一个原边和多个副边组成。原边主要有直流电压源，逆变电路，耦合线圈L1及其补偿
(e)PS型C=R)/[LR+()+MRR+RR(d)PP型
G=(LFL-2FL)/OF-LL)
+LR+ofyl/EoDL-oL
+(2LMRR-MMR)/(MLL-LL2LT
系统一且稳定，原副边的电感及副边的补偿电容不变，为了保正电路一直处于谐振状态，原边的补偿电容最好不要受到负载的影
电路组成；副边有多个，每个副边主要有拾电器I2及其补偿电路，
响，才能保证输出稳压。根据四种拓扑结构我们可以发现只有SS型
整流电路和负载组成，每个副边的负载阻值不一定相回。
#
1i2 e
08R
图1多负载ICPT系统示意图
直流电压源的直流电压信号经过递变电路变成正选交流信号，拾电器和原边的榈合线圈互相耦合，构成非接触电能传输的能量传输机构一一松耦合变压器，松耦合变压器看成两个互相耦合的电感。L1中流过高频率的正选交流电流，通过谐振耦合原理在副边L2 上感应出电压，经过整流电路，为负载提供稳定的电压。
2多负载ICPT系统等效模型
图1电路，将输人直流电压源和递变电等效为交流电压源，将初级耦合线圈和拾电器线圈等效为互感后，可得到该系统互感等效电路模型，如图2a所示，初级导轨与两个次级拾电器线圆互感为了计算方使都设为M。次级等效阻抗为：Z和2
Za = JcoLa +1/ [,3oCe +1/R.] Ze=joLa+1/[joCa+1/R]
(1)(2)
将次级等效阻抗反映到初级可以得到反映阻抗，并进一步得到系统的等效模型如图2b所示。其中反映阻抗Z。和Z。分别为：
Zm=(o0)/Zm,Zm=(0/D-/Zm
BER11 AC
wtt. c1 u3
cba881 c
L1
3eca载R2
a）互等效提型
z2 Oz2
(b）折算列的的等照型
图2多负载ICPT等效模型
3补偿电路
(3)
根据电容的串并联接方式，有4种不同的补偿方式，分别为：SS(原边串联-副边串联)型、SP(原边串联-副边并联)型、PS(原边电并联-副边串联)型及PP(原边并联-副边并联)型。一般情况下，由于谐振频率较高，拾电器电感线圈的内阻在计算过程中可以忽略不计，因此当拾电器补偿电容C2的参数满足一定条件时，接收端的负载变化对接收端线图的补偿电容没有什么影响。并且由于SP型的原边补偿电容不受负载的影响，所以采用SP型的电容补偿电路。对于单一的耦合电路来说，四种不同拓扑结构图，如图3。
系统谐振时，四种拓扑结构的原边补偿电容C1受各参数的影响如下：
(a)SS 型 G-1/[oL]
(b)SP型 C=1/[o'L-6"M/La)
和SP型的原边补偿电容C1不受副边负载R1影响。又因为我们要保证输出电压稳定，所以SP型最为合适，
c
型
SP型Z
db 3
3
PS
PP
4控制方法图3四种不同的电睿补偿电路
多负载ICPT系统由于有多个不同的负载，所以在进行控制时，不能针对某一特定的负载进行单独控制，且负载间的相互影响也应降低。假设每个拾电器线图与初级线圈互感保持不变，则初级电流在拾电器线中榈合出来的电压为：%=wM
(4)
由式(4)可见，只要保证初级电流的幅值和频率不变，每个是拾电器线圈上就能够榈合出稳定的电压，次级的每个负载之间也不会产生互相影响。初级仅需要对次级反映过来的反映阻抗反映，并控制初级电流幅值和频率不变，次级则自行根据负载的要求进行控制。次级负载反映到初级的反映阻抗与初级电感串联，所以当负载数目变化时只有保持初级电流不变，才能增加系统的传输功率。
5使用范围
电流证是补偿电容C1与初级电感线图L1的谐振电流，为了能够让C1和L1发生谐振，则负载Rn必领满足：Rn

在进行系统设计时，负载Rn一定要满足式(5)。 6结论
针对多负载ICPT系统的特点进行分析，建立了系统模型，对拓扑结构的选取和基于反映阻抗的原边恒流控制的方法进行了理论分析。进过分析发现原边恒流控制能够很好地实现输出稳压，且多个负载间能够独立运行。
参看文献
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