非接触式松耦合感应电能传输系统原理分析与设计

在电容串联补偿电路中，副边网络的阻抗为

Z_s=R＋jωL_s＋ （5）

输出功率为

P_o= （6）

当补偿电容C_s取值满足与副边电感L_s在系统工作频率处谐振时，副边网络感抗与容抗互消，为纯电阻，输出电压与负载无关，等效于输出电压为副边开路电压的恒压源，理论上电能传输不受限制。

电容并联补偿电路副边网络的导纳为

Y_s=＋jωC_s （7）

输出功率为

P_o= （8）

式中：I_sc为副边短路电流。

当补偿电容C_s取值满足与副边电感L_s在系统工作频率处谐振时，副边网络感纳与容纳互消，为纯电导，输出电流与负载无关，等于副边短路电流，理论上电能传输不受限制。

为使副边谐振频率为系统频率，补偿电容的取值应满足式(5)和式(7)中的虚部为零。

在松耦合感应电能传输系统中，副边电路对原边电路的工作的影响，可以用副边电路反映至原边电路的反映阻抗Zr来表示。

Z_r= (9)

式中：Z_s对应副边网络阻抗，见式(5)和式(7)，反映阻抗结果列于表1中(ω₀为系统频率)。

表1 原副边采取不同补偿拓扑时的补偿电容及反映阻抗值

2.2 原边补偿

LCIPT系统中，原边载流线圈中流过有效值较高的高频电流，可直接采用PWM工作方式的变换器获得这一高频电流，变换器的电压电流定额较高，系统成本高。为此，必须采取必要的补偿措施，来有效降低变换器电压电流定额。与副边补偿相似，根据电容接入电路的连接方式，也可采用串联补偿和并联补偿两种基本补偿电路。

在电容串联补偿电路中，电源的负载阻抗为

Z_t=jωL_p＋＋Z_r (10)

电容电压补偿了原边绕组上的电压，从而降低了电源的电压定额。

在电容并联补偿电路中，电源的负载导纳为

Y_t==jωC_p＋ (11)

电容电流补偿了原边绕组中的电流，从而降低了电源的电流定额值。设计时保证式（10）和式（11）的虚部在系统谐振频率处为零，可以有效降低电源的电压电流定额，使得电压电流同相位，输入具有高功率因数。其结果列于表2中。

表 2 原 边 补 偿 电 容 值

原边采取何种补偿电路，对应用场合的依赖性很大。当原边采用较长电缆时，电缆端电压会很高，适合采用串联补偿，降低电源电压应力；当原边采用集中绕组时，为了磁场发射需要，一般要求较高电流，适合采用并联补偿，降低电源电流应力。