非接觸式電能傳輸系統(tǒng)的松耦合變壓器特性分析

《非接觸式電能傳輸系統(tǒng)的松耦合變壓器特性分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、#智能控制技術(shù)#韓亞榮熊小娟張琦等非接觸式電能傳輸系統(tǒng)的松耦合變壓器特性分析55非接觸式電能傳輸系統(tǒng)的松耦合變壓器特性分析韓亞榮,熊小娟,張琦,張峰(鐘山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電與汽車工程系,江蘇南京210049)摘要:分析了松耦合變壓器的特點(diǎn),利用有限元模型分析了鐵芯材料、線圈位置、氣隙大小對(duì)變壓器耦合系數(shù)的影響,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的正確性。同時(shí)針對(duì)原/副邊漏感的特性進(jìn)一步討論了原/副補(bǔ)償問(wèn)題,并給出了具體的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。關(guān)鍵詞:變壓器;耦合系數(shù);補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中圖分類號(hào):TM401文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-1616(2007)15-0055-04傳統(tǒng)的電能傳輸方

2、式是通過(guò)插頭-插座等電小范圍內(nèi)變化。連接器實(shí)現(xiàn)電能傳輸。這種傳輸方式簡(jiǎn)單、方便,但只適用于小電流傳輸場(chǎng)合。在大電流傳輸場(chǎng)合需要結(jié)合滅弧裝置使用,而且導(dǎo)體裸露在外面,不安全。多次插拔引起機(jī)械磨損,接觸松動(dòng),不能有效傳輸電能。松耦合變壓器(LooselyCoupledTransformer,LCT)是將其原邊和副邊分開(kāi)一定的距離,通過(guò)磁耦合實(shí)現(xiàn)電能傳輸。非接觸電能傳輸技術(shù)利用松耦合變壓器這一優(yōu)點(diǎn),解決了傳統(tǒng)導(dǎo)線直接接觸供電的缺陷。圖1松耦合變壓器20世紀(jì)90年代初,新西蘭奧克蘭大學(xué)Boys普通變壓器的氣隙接近為零,原副邊電路可以通過(guò)變壓器的匝比進(jìn)行電氣變換,因此

3、電氣設(shè)計(jì)與教授以及由他領(lǐng)導(dǎo)的課題組率先對(duì)非接觸電能傳輸技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,并成功應(yīng)用于新西蘭國(guó)磁設(shè)計(jì)實(shí)際上可以分開(kāi)進(jìn)行。設(shè)計(jì)時(shí),只需保證變家地?zé)峁珗@的30kW旅客電動(dòng)運(yùn)輸車。美國(guó)通用壓器漏感大小參數(shù)等滿足電路要求即可。在松耦合系統(tǒng)中,氣隙對(duì)變壓器參數(shù)的影響較汽車公司子公司DelcoElectronics研制的Magne-大,尤其是對(duì)變壓器的耦合系數(shù)和漏感的影響。這chargeTM是最先商業(yè)化的非接觸電能傳輸系統(tǒng)之一,1995年1月,美國(guó)汽車工程協(xié)會(huì)根據(jù)Magne-些參數(shù)會(huì)影響到變換器的工作狀態(tài)和開(kāi)關(guān)管的電chargeTM系統(tǒng)的設(shè)計(jì),制訂了在美國(guó)使用非接觸壓

4、電流應(yīng)力。因此,在松耦合系統(tǒng)中,不能沿用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中變壓器與電路分別獨(dú)立設(shè)計(jì)的方法,而應(yīng)電能傳輸技術(shù)進(jìn)行電動(dòng)汽車充電的條例)))SAEJ-1773[1~4]。我國(guó),非接觸電能傳輸技術(shù)的研究采用電磁裝置和電氣裝置綜合考慮的一體化設(shè)計(jì)剛開(kāi)始起步,僅有綜述性文獻(xiàn)和個(gè)別小功率樣機(jī)的方案。研究報(bào)道。2耦合系數(shù)影響因數(shù)1松耦合變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)松耦合變壓器的耦合系數(shù)越高,則原邊電流越圖1分別給出松耦合變壓器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)及繞組小,系統(tǒng)的電流應(yīng)力也越小。由此可見(jiàn),耦合系數(shù)接線圖。鐵芯選用U型結(jié)構(gòu)以增加立柱之間的磁是松耦合變壓器的關(guān)鍵參數(shù)。阻,減小原/副邊漏感。圖中a=104mm,b

5、=以矢量磁位Az為求解函數(shù)對(duì)松耦合變壓器20mm,c=50mm,原邊鐵芯長(zhǎng)度為120mm,副邊進(jìn)行二維平行平面場(chǎng)數(shù)值計(jì)算,邊值問(wèn)題的數(shù)學(xué)描鐵芯長(zhǎng)度為40mm,g為氣隙長(zhǎng)度,數(shù)值較大且在述為求解域內(nèi):收稿日期:2007-07-02作者簡(jiǎn)介:韓亞榮(1979-),女,江蘇泰州人,鐘山職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教,工學(xué)碩士,主要研究方向?yàn)殡姍C(jī)與電器。562007年8月中國(guó)制造業(yè)信息化第36卷第15期55Az55Az2.1鐵芯材料對(duì)耦合系數(shù)的影響(v)+(v)=-J(1)5x5x5y5y普通變壓器因工作磁密較高,磁路呈非線性,式中:v為磁阻率;J為導(dǎo)線電流密度。鐵芯材料對(duì)變壓器

6、性能有著重要影響。而松耦合因原/副邊氣隙很大,向外發(fā)散的漏磁很大。變壓器氣隙大,磁路磁阻中氣隙磁阻占絕對(duì)主導(dǎo)地設(shè)無(wú)窮遠(yuǎn)處磁場(chǎng)為零,其邊界滿足第一類邊界條位,磁路呈線性,即鐵芯材料對(duì)耦合系數(shù)的影響很件,即:小。圖2(a)、(b)分別給出了材料為鐵氧體和鐵基Az=0(2)非晶材料時(shí)變壓器的場(chǎng)圖?？梢钥闯鰞烧叽艌?chǎng)分由矢量磁位Az可以進(jìn)一步得到原副邊磁密布幾乎一致而耦合系數(shù)也相差很小,鐵氧體為和磁通,則定義計(jì)算耦合系數(shù)為副邊接受磁通

7、磁特性最優(yōu)。響很小,但為了減小鐵芯損耗,鐵芯應(yīng)選擇具有較小鐵芯損耗、較高電阻率的高頻導(dǎo)磁材料,如鐵基非晶材料和超微晶軟磁材料。2.2線圈位置對(duì)耦合系數(shù)的影響圖2(b)的方式是將繞組位于底部,變壓器的漏磁較多,耦合系數(shù)也低,耦合系數(shù)為0.45。采用圖2(c)的方式將繞組拆分成兩半后放置在U型鐵芯的芯柱端部時(shí),變壓器的漏磁較少,耦合系數(shù)也較高,耦合系數(shù)為0.89。在圖2(c)的方式中,原、副邊繞組的線圈接觸比較緊密,磁力線可以在原、圖3線圈位置對(duì)耦合系數(shù)的影響副邊繞組之間垂直地通過(guò),因此漏磁較少,提高了耦合系數(shù)。圖3給出樣機(jī)實(shí)際測(cè)試結(jié)果,方式2的耦合系數(shù)近似為方

8、式1的兩倍,與有限元計(jì)算結(jié)果相同。2.3氣隙對(duì)耦合系