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旋转式松耦合变压器的绕组优化设计

2022-09-02 10:42:20 来源：电子变压器与电感网点击：4112

旋转式无线励磁电源隶属于无线电能传输领域，是一种近年来获得广泛发展的能量传输技术。该技术主要以旋转式松耦合变压器作为核心部件，通过高频磁场的耦合实现供电侧与负载侧无导线、无物理连接的能量传输^[1^]。目前，国内外专家学者对该技术进行了较为深入的研究。

文献[1]中，哈尔滨理工大学王旭东教授提出了将非接触能量传输技术引入到传统励磁系统中，形成新型的非接触式同步电机转子励磁系统。在1mm气隙下，对相邻式与嵌套式线圈结构的松耦合变压器进行相对旋转状态的3D瞬态仿真。但对较大气隙条件下松耦合变压器的研究较少。

文献[2]中，有关学者对串联—串联谐振补偿进行了稳定性分析，大幅提高了非接触式同步电机励磁电源的传输效率，为本设计的谐振补偿方案提供了理论基础。

在无线电能传输系统中，提高逆变器开关频率、增加松耦合变压器耦合系数（ICPT系统传输距离与可分离变压器一次侧、二次侧距离直接相关，增加传输距离会增加气隙导致一次侧、二次侧漏感增加，通过合理设计松耦合变压器，尽量减小气隙变化对耦合系数的影响）、加入谐振补偿装置等可提高ICPT系统传输效率。

本文通过对变压器的磁心结构及绕组结构进行分析，提出采用PCB绕组取代利兹线绕组的设计结构。利用ANSYS/MAXWELL仿真分析软件对比分析该结构与利兹线绕组结构漏磁通及磁密的优缺点。选用S-S谐振补偿电路，制定无线励磁电源设计方案。运用SIMPLORER与MAXWELL进行联合仿真，验证该方案的优化程度。最后通过实验，对改进后松耦合变压器在较大气隙条件下的耦合系数和传输效率进行了验证。