电气技术|会威胁人身安全,如何有效抑制?,无线电能传输系统的电磁干扰( 三 )


实际应用中 , 该研究提及的无功谐振电流环屏蔽技术往往很难使漏磁场和抵消磁场保持180°的相位偏移 。 有学者在此基础上进一步提出了一种由双屏蔽线圈和四电容移相器组成的新型无功谐振屏蔽方法 , 该方法在原有一次屏蔽线圈的基础上继续增加了一个新的二次屏蔽线圈 , 其中耦合线圈和两个屏蔽线圈的位置分布如图4b所示 , 二次屏蔽线圈的存在进一步降低了观测点的泄露磁场 。
与有源屏蔽技术相似 , 无功电流谐振环屏蔽法在实际过程中往往和无源屏蔽法相结合 , 共同实现对泄露磁场的全方位电磁屏蔽 , 但也存在控制方法复杂、参数难以设计的问题 。
电气技术|会威胁人身安全,如何有效抑制?,无线电能传输系统的电磁干扰
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图4耦合线圈和屏蔽线圈的位置2扩频技术
目前国内外学者对WPT系统电磁辐射抑制的研究大多集中在对辐射磁场的电磁屏蔽上 , 而扩频技术的运用则可以有效地从辐射源源头抑制谐波噪声 。 通过改变载波频率的方式 , 使得谐波噪声和基波的功率谱密度分布在更宽的频率范围内 , 改善空间电磁场的频率谱 , 进而有效抑制了低次谐波分量 。 由于扩频技术是通过软件算法实现的 , 相比其他屏蔽技术 , 其不需要增加新的硬件结构 。
KAIST基于扩频技术采用三角形调制曲线对逆变器的开关频率进行了抖动扩频调制 , 并在工作频率20kHz下对1kW的WPT系统进行了仿真研究 , 仿真结果表明该调制方法可将磁场辐射降低到8.7dB , 并且在各谐波下对电流频谱的抑制能力最高达到了20dB 。
长岗技术科学大学的研究团队提出了均分分布扩频(SpreadSpectrumwithaUniformDistribution,SSUD)调制和带偏置分布扩频(SpreadSpectrumwithaBiasedDistribution,SSBD)调制这两种降低IPT系统辐射噪声的方法 。
其中SSUD的输出频率是从均匀概率分布中选出的 , 而SSBD则是从偏置概率分布中选出的 , 与正常谐振工况相比 , 扩频调制增加了无功电流 , 但扩频降噪的效果要比无功电流引起的噪声更为明显 。
在输出功率为3.0kW的样机中 , SSUD和SSBD对一次电流的抑制率分别为42.6%和72.1% , 其对应的效率分别降低为0.8%和1.1% , 同时实验数据也表明SSUD和SSBD分别适用于轻载区和重载区 。
除此之外 , 有学者将混沌载波调制应用于WPT系统中 , 该方法通过分散电磁场频率谱的方式同样实现了WPT系统的电磁辐射的降低 。 扩频技术可以在不增加新的硬件结构的前提下 , 有效地从源头降低WPT系统的电磁辐射 , 在未来具有一定的应用前景 。 3其他抑制措施
近几年大量研究工作者也对WPT系统的电磁干扰抑制提出了许多新的方法 。
有学者提出了一种基于紧耦合三相谐振磁场的WPT系统 , 并将其应用于无人机无线充电中 , 该方法可以完全消除3次谐波及其输出相电压的整数倍分量 。
为了进一步降低低次谐波的电磁干扰 , 有学者还提出了一种导通角控制方法 , 该方法使得发射线圈电流中7次和11次谐波分量分别减小了6.08dB和11.84dB 。
有学者提出了一种新型的WPT系统三相电力线 , 通过磁场对称抵消的方式大幅度降低了观测点的漏磁场 , 同时保持了较小的接收功率波动 , 并将其应用于OLEV中 。 通过仿真和实验结果表明所提出的三相电力线漏磁场比常规方案降低了96% , 但该方案的输入总功率要高于单根电力线 , 且总输入电流明显高于单相电力线 , 这不利于其进行更深入的推广 。
有学者通过控制绕组电流的大小和相位来抑制IPT系统的杂散磁场 , 借助逆变器和整流器电压的PWM实现对绕组电流大小和相位的控制 , 在发射电流与接收电流相位差为50°时 , 相比传统相位差为90°的工况下 , 杂散磁场降低了30% 。
有学者通过引入一个中间线圈实现对3次谐波电磁干扰的抑制 , 在中线线圈谐振频率为150kHz时能够实现约8dB的电磁干扰(ElectromagneticInterference,EMI)抑制;同时随着中间线圈谐振频率的增加 , 其对电磁干扰的抑制作用将更为明显 , 但也存在系统效率降低的问题 。