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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( 二 )


有学者对铁氧体磁心与铝板的综合屏蔽效果进行了评估 ， 通过引入不同数量的磁心来测试不同屏蔽配置下系统的传输性能与频率特性 ， 表明在合理的屏蔽组合方式下 ， 系统可以实现有效的电磁辐射屏蔽并保持较高的传输效率 。
有学者对整体屏蔽、在发射端设置水平屏蔽体和设置竖直屏蔽体三种屏蔽方式进行了电磁仿真 ， 并从屏蔽效果和涡流损耗等方面对三种屏蔽方式进行了对比 ， 得出了水平屏蔽方式最适用于电动汽车WPT系统的结论 。
1.2有源屏蔽技术
无源屏蔽技术对水平方向上的漏磁场并没有明显的抑制作用 ， 当将该方案应用于电动汽车或在线供电电动汽车（OLEV）时 ， 电动汽车WPT系统产生的水平方向上的漏磁场会对路人产生一定的电磁辐射危害；对于高功率或者非常大的气隙 ， 其产生的电磁干扰十分严重 ， 远远超过了ICNIRP限制 。
有源屏蔽技术作为一种有效消除水平电磁干扰的方法 ， 主要是利用带有激励源的抑制线圈产生与原磁场方向相反的抵消磁场 ， 进而实现对原漏磁场的消除或削弱 ， 有源屏蔽的结构如图2所示 。
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2有源屏蔽的结构
为了减小电路的设计难度 ， 实际设计中可将抑制线圈直接引入到WPT系统的主电路中 ， 此时抑制线圈和耦合线圈共用同一激励源 ， 引入到主电路的抑制线圈 ， 如图3所示 。
根据抑制线圈磁路是否被引入到主磁路的情况 ， 可分为图3a和图3b两种情况 。 图3a中 ， 抑制线圈磁路不出现在主磁路中 ， 其对于WPT系统的正常能量传输影响较小 ， 是较为理想的情况；而图3b所示的抑制线圈磁路与主磁路直接产生耦合 ， 这将导致发射线圈和接收线圈之间的有效耦合磁场变小 ， 从而不利于能量的传输 。
有研究在圆形线圈的基础上引入了一个同心的抑制线圈 ， 通过电磁仿真和测量结果表明这一结构可以有效地抑制耦合线圈的辐射磁场 ， 但引入的抑制线圈削弱了主磁场 ， 导致传输效率显著下降 。
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3引入到主电路的抑制线圈
有学者针对感应式无线电能传输系统 ， 提出了独立电动势自消去法（IndependentSelfEMFCancelmethod,ISEC）、3dB主电动势消去法（3-dBDominantEMFCancelmethod,3DEC）和无耦合电动势消去法（Linkage-FreeEMFCancelmethod,LFEC）三种通用的有源电动势消除法 ， 并在I型IPT系统中得到了实验验证 。
由于这三种方法中抵消线圈磁路不进入主磁路 ， 故不会使系统发生明显的功率下降 ， 同时该研究还对主线圈与抑制线圈的最佳间距和最佳匝数进行了初步探究 。
总体来说 ， 有源屏蔽技术可以实现对特定位置漏磁场的有效削弱 ， 实际设计过程中可与无源屏蔽技术相结合 ， 进而实现全方位的电磁辐射屏蔽 ， 但也存在设计复杂和影响主磁场能量传输效果等问题 。
1.3无功电流谐振环屏蔽技术
无功电流谐振环法集成了无源屏蔽和有源屏蔽的优点 ， 在不增加激励源的情况下 ， 借助原磁场在屏蔽线圈感应出的反向抵消磁场对入射磁场进行有效地削弱 。 该方法利用线圈产生的漏磁场作为无功谐振回路的激励源 ， 克服了有源屏蔽中存在的功率下降问题 ， 同时屏蔽线圈的布置更为灵活 ， 因此具有更广泛的应用前景 ， 能够适用于不同工况下的WPT系统 。
KAIST利用带有开关阵列和调谐电容的无功电流回路控制屏蔽线圈回路的谐振频率 ， 实现了一定频率下的漏磁场抵消 ， 并将其应用到OLEV的WPT系统中 。 在该研究中 ， 为了使合成磁场的电动势最小 ， 采用磁场传感回路反馈系统测定测量点位置的磁场强度 ， 通过控制器找到使总电动势最小的电容组合 。
在此基础上 ， 有学者对该方法的屏蔽效果和传输效率的影响进行了进一步的探究 ， 其中耦合线圈和屏蔽线圈的位置分布如图4a所示 ， 屏蔽线圈可以有效抵消水平方向的漏磁场 ， 在实验中该屏蔽方法最大限度地降低了64%的入射漏磁场 ， 明显优于仅有无源屏蔽体时15%的屏蔽效果 。 除此之外 ， 为了保证屏蔽线圈的屏蔽效果 ， 应使其具有90°相位的低阻抗 。


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