无线电能传输的新方法可以满足轨道交通的大功率供电需求

很多朋友对无线电能传输的新方法可以满足轨道交通的大功率供电需求不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

(文章来源：新电气科技)

无线电能传输(WPT)技术是一种全新的电能传输技术，通过空间中无形的软介质(电场或磁场)将能量从发射器传输到拾音器，无需电气连接。它的应用使电气设备避免了金属触点的火花、磨损、漏电等弊端，摆脱了电缆的束缚。在植入式医疗器械、电动汽车充电、LED照明、轨道交通等诸多重要应用领域具有独特优势和广阔前景。

常见的无线电能传输方式主要分为感应电能传输(Inductive Power Transfer，IPT)和电场耦合(electric field coupling，CPT)。IPT系统使用高频交变磁场来传递能量。随着半导体功率开关和电力电子技术的发展，它得到了广泛的应用。目前国内外的研究热点是磁场耦合。

但在轨道交通等大功率非接触供电领域，机车车体和轨道通常采用钢或铝合金材料，IPT系统对金属比较敏感，会因金属发热造成涡流损耗，降低传输效率。同时其耦合机构需要缠绕铁氧体材料和利兹线，增加了重量和成本。

而CPT系统采用高频电场作为载能介质，只用轻质廉价的铝板或铜板作为耦合机构。当周围有金属物体时，泄漏电场不会在其中造成涡流损耗，且导电性好，耦合机构成本低，重量轻。因此逐渐吸引了国内外研究团队对CPT技术进行研究。

以往基于CTP的无线电能传输的研究大多集中在小功率系统，大功率系统的研究和应用很少。直到2015年底，美国圣地亚哥州立大学C. Mi教授通过对传统LC串联补偿网络进行优化，提出了一种适用于电动汽车充电应用的双边LCLC拓扑，在传输距离为150 mm时实现了2.4kW能量的传输，效率为90.8%。有学者对CPT系统中单管ZVS变换器进行了优化设计，在耦合电容为24nF的情况下实现了kW级的功率传输。

为了节省空间，有学者将耦合板垂直排列，采用双边LCL拓扑补偿结构，提高板两端电压，实现高功率输出。在150 mm气隙的情况下，传输1.88 kW的能量，效率达到85.87%。CPT系统应用于轨道交通等大功率场合供电时，要求实现大功率电能的非接触传输。

然而在实际应用中，由于逆变器和功率开关器件的容量有限，单个逆变器很难满足CPT系统大功率电能传输的要求。因此，有必要研究如何在现有开关器件和逆变器的条件下，增加逆变器的总容量，以提高CPT系统的传输功率。

本文提出了一种适用于轨道交通大功率应用的双发射单接收CPT系统。通过并联两个逆变器，降低功率开关管的电流来增加系统的输入功率，从而提高CPT系统的传输功率。此外，利用基波谐波近似(FHA)分析了电路的工作原理。考虑到两个发射机构之间相互耦合的影响，合理配置系统参数，使电路达到谐振状态。

最后，搭建了1.47kW双发射单接收输出CPT系统，并与单发射单接收进行了比较，验证了该方法的有效性。

针对传统CPT系统中单个逆变器传输的能量无法满足实际轨道交通大功率需求的问题，在将六板耦合电容结构简化为三端口电路模型的基础上，提出了双发射单接收CPT系统，通过增加逆变器的总输入功率容量实现大功率输出。

利用有限元分析方法，在Maxwell中模拟了平板的耦合电容。实验搭建了传输距离为22mm的两个发射单接收装置和传输面积、传输距离相同的一个发射单接收装置的CPT系统，均实现了1.47kW的大功率能量传输。（

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