F6系統(tǒng)無(wú)線電能傳輸?shù)膬?yōu)化分析
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
由波形圖可以看出，電路在4～29μs時(shí)段之間的工作過(guò)程是Buck-Boost電路的第一個(gè)工作周期，此后電路重復(fù)上述過(guò)程繼續(xù)工作，一直到穩(wěn)定狀態(tài)。在此過(guò)程中，電感開(kāi)始是存儲(chǔ)的能量大于釋放的能量，直到電感吸收的能量等于其釋放的能量，電感進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)；電容也是一樣，只是除了自身存儲(chǔ)能量以外，還要在開(kāi)關(guān)閉合時(shí)給負(fù)載提供能量，直到電容充電能量等于放電能量時(shí)，電容進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，輸出電壓穩(wěn)定。穩(wěn)定時(shí)負(fù)載上的電氣特性如圖4所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/175955.htm
由圖可以看出，電感電流為鋸齒波，負(fù)載兩端的電壓穩(wěn)定在40 V附近，而且功率也在70 W保持不變，這非常有利于電能的無(wú)線傳輸，而且穩(wěn)定工作時(shí)的效率很高。
為了說(shuō)明加入Buck-Boost電路以后系統(tǒng)的優(yōu)越性，也做了一組不加阻抗變換電路的實(shí)驗(yàn)，如圖5所示。
由圖5可以看出，加入阻抗變換電路之前，系統(tǒng)的傳輸功率大概在15 W左右；加入阻抗變換電路后，對(duì)于同樣阻抗的負(fù)載RL，系統(tǒng)的傳輸功率得到了很大地提高，達(dá)到72 W左右，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性。
當(dāng)供電的有效載荷發(fā)生變化時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)占空比δ來(lái)改變最優(yōu)化阻抗Ropt，從而使系統(tǒng)的傳輸效率達(dá)到最優(yōu)。在分離模塊空間系統(tǒng)中，當(dāng)模塊間距離發(fā)生變化時(shí)，耦合系數(shù)跟著變化，這時(shí)可以通過(guò)調(diào)節(jié)Buck-Boost電路的占空比來(lái)同步調(diào)節(jié)有效載荷的等效阻抗，使系統(tǒng)的傳輸效率達(dá)到最優(yōu)。也就是說(shuō)可以通過(guò)調(diào)節(jié)Buck-Boost電路的占空比來(lái)增加分離模塊電能傳輸距離。這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中非常重要，因?yàn)殡S著傳輸距離的增加，系統(tǒng)收發(fā)線圈的漏磁加大，耦合系數(shù)隨之減??；耦合系數(shù)的減小不僅降低傳輸功率，而且影響傳輸效率，使大量的能量耗散在空間磁場(chǎng)中。加入Buck-Boost環(huán)節(jié)以后，不僅可以調(diào)節(jié)有效載荷的等效阻抗，而且可以存儲(chǔ)能量，當(dāng)分離模塊之間不能傳遞能量時(shí)，器件自身存儲(chǔ)的能量可以繼續(xù)供給負(fù)載，不至于能量供應(yīng)中斷。
4 結(jié)語(yǔ)
分離模塊空間系統(tǒng)是一種完成空間使命任務(wù)的新方法和航天器設(shè)計(jì)的新思想，拓展了空間系統(tǒng)發(fā)展的思路，豐富了未來(lái)空間體系結(jié)構(gòu)的選擇，建立了審視空間系統(tǒng)的獨(dú)特視角。該項(xiàng)研究開(kāi)發(fā)對(duì)于增強(qiáng)空間技術(shù)創(chuàng)新能力，提高新型航天器研制水平，實(shí)現(xiàn)空間技術(shù)跨越式發(fā)展，引導(dǎo)航天技術(shù)向國(guó)際領(lǐng)先地位邁進(jìn)，有著明顯的作用和意義。無(wú)線電能傳輸技術(shù)是開(kāi)發(fā)分離模塊空間系統(tǒng)過(guò)程中遇到的最大挑戰(zhàn)。磁諧振耦合式電能傳輸是最新出現(xiàn)的一種電能傳輸方式，其傳輸效率高，傳輸距離相對(duì)較遠(yuǎn)，最有希望應(yīng)用于分離模塊空間系統(tǒng)。
評(píng)論