強(qiáng)地耦合單線電容式電力傳輸系統(tǒng)的建模

　　本文通過對單導(dǎo)線電容式功率傳輸（CPT）系統(tǒng)的建模，揭示了其與地面強(qiáng)耦合的功率傳輸機(jī)理。提出了一種將地面視為準(zhǔn)導(dǎo)電介質(zhì)的等效電路。確定了等效電路模型的參數(shù)，包括CPT系統(tǒng)耦合板之間的電容、單線電感和線地之間的電容以及接地等效阻抗。利用該模型分析了系統(tǒng)諧振頻率對應(yīng)的最大功率傳輸容量，指導(dǎo)了系統(tǒng)的調(diào)諧設(shè)計。建立了一個單導(dǎo)線CPT系統(tǒng)的原型，并進(jìn)行了CST（Computer Simulation Technology）仿真，以顯示系統(tǒng)中的電場和磁場分布，以及指示系統(tǒng)潮流方向和大小的Poynting矢量。結(jié)果表明，在頻率和負(fù)載變化情況下，理論模型預(yù)測的輸出電壓和功率與仿真和實(shí)際結(jié)果吻合較好。研究了CPT系統(tǒng)二次側(cè)懸掛單線的不同長度，驗(yàn)證了該模型在不同地效水平下的有效性。指標(biāo)術(shù)語無線功率傳輸，電容功率傳輸，單線CPT系統(tǒng)。

　　近年來，無線電源以其方便、安全的特點(diǎn)，逐漸取代傳統(tǒng)的固定接觸電源?；诖篷詈系母袘?yīng)功率傳輸（IPT）技術(shù)是目前實(shí)現(xiàn)無線功率傳輸（WPT）的主流解決方案，在工業(yè)、商業(yè)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如潔凈室材料處理、手機(jī)充電墊、植入起搏器等然而，IPT不適合在金屬屏障或金屬周圍環(huán)境中進(jìn)行非接觸式功率傳輸，在電磁干擾（EMI）、物理尺寸和功率損耗方面有許多實(shí)際局限性［4-7］近年來，基于電場耦合的CPT被提出并引起了人們的廣泛關(guān)注。這項(xiàng)技術(shù)使功率傳輸能夠跨越金屬屏障，具有潛在的低電磁干擾，并減少功率損耗與更簡單的耦合配置。CPT系統(tǒng)適用于固定電源和移動負(fù)載之間存在金屬物體的應(yīng)用，例如電動汽車、移動電話和筆記本電腦的充電平臺［8，9］；應(yīng)盡量減少電磁干擾和加熱問題的應(yīng)用，例如生物醫(yī)學(xué)植入物［10，11］；或者總耦合尺寸需要最小化并集成到IC（集成電路）［12，13］中。