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磁耦合無線電能傳輸（Magnetic Coupling Wire- less Power Transfer, MC-WPT）技術(shù)是基于電磁感應(yīng)耦合原理實(shí)現(xiàn)一定距離的非接觸式能量傳輸，由于其便捷、安全、靈活等特點(diǎn)受到了學(xué)者和企業(yè)的廣泛關(guān)注，現(xiàn)已經(jīng)應(yīng)用于家電、醫(yī)療、消費(fèi)電子和交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)領(lǐng)域。

近年來，MC-WPT技術(shù)開始逐漸應(yīng)用于移動(dòng)式負(fù)載（如電動(dòng)車行進(jìn)中無線充電、物流系統(tǒng)搬運(yùn)小車、倉儲(chǔ)系統(tǒng)傳輸機(jī)構(gòu)、變電站巡檢機(jī)器人等），即動(dòng)態(tài)無線供電（Dynamic Wireless Power Transfer, DWPT）系統(tǒng)。在DWPT系統(tǒng)中，有圖1和圖2所示的兩種常用供電模式。

圖1所示為全程單導(dǎo)軌供電模式。當(dāng)用電設(shè)備行駛在發(fā)射導(dǎo)軌上方時(shí)，拾取線圈可以獲得持續(xù)的能量。但是，單導(dǎo)軌供電模式的缺點(diǎn)在于：因能量發(fā)射導(dǎo)軌長度遠(yuǎn)大于拾取線圈尺寸而使得耦合系數(shù)較小且產(chǎn)生較大的磁場暴露問題，因此不適用于長距離應(yīng)用。

圖2所示為分段導(dǎo)軌（多陣列線圈）（為了方便描述，以下發(fā)射導(dǎo)軌和發(fā)射線圈統(tǒng)稱發(fā)射導(dǎo)軌）供電模式。多個(gè)發(fā)射導(dǎo)軌依次鋪設(shè)在用電設(shè)備的移動(dòng)路徑上，可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備的分段供電，從而解決全程單導(dǎo)軌供電模式存在的問題。在這種供電模式中，有兩種變換器驅(qū)動(dòng)模式。

圖2a所示的單變換器驅(qū)動(dòng)模式下，多個(gè)發(fā)射導(dǎo)軌共用一個(gè)變換器，可以實(shí)現(xiàn)多發(fā)射導(dǎo)軌的同步驅(qū)動(dòng)，但是需要增加導(dǎo)軌切換電路以降低非工作導(dǎo)軌的損耗。同時(shí)，該驅(qū)動(dòng)模式對變換器容量要求較高，且系統(tǒng)冗余度較低，因此也不是長距離應(yīng)用的最佳驅(qū)動(dòng)方案。圖2b所示的多變換器驅(qū)動(dòng)模式可以實(shí)現(xiàn)各發(fā)射導(dǎo)軌的獨(dú)立控制，且系統(tǒng)具有較高的冗余度，相較而言更適用于長距離應(yīng)用。但是，該驅(qū)動(dòng)模式需要大量的變換器，從而增加了系統(tǒng)成本和維護(hù)難度。

圖1 全程單導(dǎo)軌供電模式

圖2 分段導(dǎo)軌（多陣列線圈）供電模式

作為MC-WPT系統(tǒng)的電能變換器，除了常用的橋式、推挽和E類逆變器，目前已見報(bào)道的拓?fù)溥€有矩陣變換器、多電平逆變器、三相逆變器和多逆變器并聯(lián)等。上述拓?fù)涞难芯恐饕且韵到y(tǒng)功率提升為目標(biāo)，均具有較多的開關(guān)器件或直流儲(chǔ)能元件，且多為單輸出拓?fù)?，更適用于驅(qū)動(dòng)單個(gè)發(fā)射導(dǎo)軌。

Boost逆變器作為一種集成式單級(jí)升壓逆變器，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)升壓和逆變功能，具有開關(guān)器件少、結(jié)構(gòu)與控制策略簡單等特點(diǎn)，常用于隔離DC-DC電源、光伏逆變以及感應(yīng)加熱等。

重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院、復(fù)雜系統(tǒng)安全與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶大學(xué)）、國網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中心的研究人員，在Boost半橋逆變器的基礎(chǔ)上，提出一種適用于DWPT系統(tǒng)的雙輸出逆變器。相比于圖2b中的多變換器驅(qū)動(dòng)模式，該逆變器可以產(chǎn)生兩路相同的輸出，用以驅(qū)動(dòng)兩段發(fā)射導(dǎo)軌，從而減少逆變器的數(shù)量，并簡化系統(tǒng)控制。

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置

另一方面，作為逆變器本身，相比于MC-WPT系統(tǒng)常用的逆變器，該逆變器的輸出電壓增益范圍為0～1.39，在更少的開關(guān)器件下仍然能夠保證相同的電壓輸出能力，從而可以進(jìn)一步減少單個(gè)逆變器中開關(guān)器件的數(shù)量。因此所提雙輸出逆變器適用于分段導(dǎo)軌（多陣列線圈）模式的長距離動(dòng)態(tài)無線供電系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，基于所提雙輸出逆變器的DWPT系統(tǒng)可以在拾取線圈移動(dòng)的過程中一直保持較高的傳輸效率，且最大傳輸效率為90%以上。同時(shí)，系統(tǒng)具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，完全能夠滿足一般DWPT系統(tǒng)的要求。

需要說明的是，基于所提逆變器的DWPT系統(tǒng)實(shí)際上是由多個(gè)結(jié)構(gòu)和參數(shù)相同的子系統(tǒng)組合而成，每個(gè)子系統(tǒng)均包含逆變器和兩段發(fā)射導(dǎo)軌。各子系統(tǒng)本身的運(yùn)行特性和規(guī)則是相同的。研究人員針對單個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行了研究與分析，其結(jié)果同樣適用于其他子系統(tǒng)，進(jìn)而可以擴(kuò)展到整個(gè)系統(tǒng)。

以上研究成果發(fā)表在2020年第4期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“用于動(dòng)態(tài)無線供電系統(tǒng)的雙輸出逆變器”，作者為葛學(xué)健、孫躍、唐春森、左志平、桑林。