无线电力传输 (WPT)中的补偿是指使用额外的电路元件来抵消充电系统中的无功功率。简单的补偿拓扑是 S 或 P 型，而基本的补偿拓扑包括 SS、SP、PS 和 PP 型。
拓扑结构根据补偿元件在初级（发射器）、次级（接收器）或两者的位置进行分类。它还根据 初级和次级线圈中使用的补偿元件数量进行分类。
无功功率流如何影响WPT性能？
无功功率流是由发射和接收线圈中的电感引起的。它对实际功率传输没有贡献，并一直在电源和负载之间循环。 这种现象反过来会导致更高的电流，任何从事电力电子工作的人都知道，更高的电流也意味着更高的功率损耗。
当借助补偿拓扑最小化无功功率流时，自然会提高电力传输效率并减少能量损失。因此，发射和接收线圈在谐振或接近谐振时运行，这是实现最大功率传输的理想条件。
为什么在补偿拓扑中需要电容器和电感器？因为感抗和容抗协同作用，相互抵消。因此，当某种类型的电抗较大时，可以使用相反的电抗使系统达到平衡，而不会产生无功功率流。
补偿电路由电容器和电感器组合而成，从而产生几种形式的补偿拓扑：简单、 基本和混合。
图 1 显示了如何通过调整元件的位置和数量来实现这三种补偿拓扑。混合型拓扑 不属于本文的讨论范围，因此 将单独介绍。
需要注意的是，“S”表示电容器串联放置，“P”表示电容器并联放置在充电线圈的一端和两端，具体取决于拓扑结构。
图 1.根据谐振元件的位置和数量，不同的补偿拓扑结构。（图片：Rakesh Kumar 博士）
简单（S 或 P）补偿拓扑
最简单的补偿拓扑是S 型或 P 型，指的是将电容器串联或并联添加到系统初级（发射器）或次级（接收器）侧的配置。
这些拓扑结构旨在提高电力传输的效率和性能。这是通过调整系统使其在谐振或接近谐振时运行来实现的。
串联补偿 (S)：在此拓扑中，补偿电容器与线圈串联连接。串联补偿有助于在工作频率下创建谐振电路，这对于需要恒定电压的应用非常有利。它还有助于实现称为零电压开关 (ZVS) 的条件，从而减少电力电子设备中的开关损耗。
并联补偿 (P)：在并联补偿中，电容器与线圈并联连接。此配置将线圈的固有频率调整为系统的工作频率。它类似于串联补偿，但具有不同的电气特性和效果。并联补偿通常用于需要保持恒定电流的地方。它还往往能更好地容忍发射器和接收器之间耦合条件的变化。
基本补偿拓扑
基本补偿拓扑是EV WPT应用的实用入门拓扑 。请注意，每个基本拓扑都包含两个字母，S 和 P。第一个字母指的是 WPT 初级侧线圈中的补偿类型，第二个字母指的是 WPT 次级侧线圈中的补偿类型。
•串联 (SS)：发射器和接收器线圈与电容器串联，如图2。这种拓扑结构的优点在于其简单性和在变化的负载条件下保持恒定电压的有效性。
图 2. SS 补偿拓扑类型。 （图片：Rakesh Kumar 博士）
SS 拓扑以其高效率、不受磁耦合系数影响和谐振频率负载而闻名。它适用于具有长主轨道的系统。
• 串并联 (SP)：图 3 显示了 SP 类型，其中发射器线圈与电容器串联，而接收器线圈与电容器并联。这种拓扑结构适用于在耦合条件或 负载发生变化的情况下仍保持恒定电流输出的应用。它还会影响补偿网络的功率因数和输入到输出电压传递函数。SP 补偿拓扑结构特别适用于负载阻抗变化的应用。
•并联-串联 (PS)：在此拓扑中，发射器线圈与电容器并联，接收器线圈与电容器串联（图 4）。它适用于主要目标是增强整个系统的电压增益的场景。
PS 补偿拓扑特别适合弱磁耦合应用。它具有功率因数提高、功率传输效率提高、弱耦合情况下性能更佳等优势。
图 4. PS 补偿拓扑类型。（图片：Rakesh Kumar 博士）
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并联-并联 (PP)：图 5 表示 PP 补偿拓扑类型。发射 器和接收器线圈与电容器并联。 这种拓扑通常用于高功率应用，这些应用需要跨可变距离实现高效率和高功率传输。
PP 补偿拓扑与 PS 补偿拓扑具有许多共同的特征。因此，它适用于弱耦合情况，并提供高效率和功率因数。
概括
简单（S 或 P）型补偿拓扑在 EV WPT 应用中并不常见，因为它们只能满足少数要求。 尽管它们的控制机制更简单，但它们的效率和功率因数也较低。
将电容器串联放置在发射线圈中比将其并联放置更有益。就此而言，SS 和 SP 补偿类型满足电动汽车应用的许多 WPT 参数。然而，PS 和 PP 补偿类型适用 于 高功率应用。
文章转载自微信公众号：汽车研究院auto