非接触供电技术及其水下应用研究

论文摘要

电能传输是人类能源利用的一个重要方面,近年来兴起的非接触供电方法是一种新型电能传输技术,可以实现电能有效、安全的传输,该技术能够解决传统导线传输电能的一系列不利因素,因而在交通运输、自动化设备、便携式电子产品、矿井和水下等场合有着广泛的应用前景。论文介绍了非接触供电技术的特点和主要类型,对比几种非接触供电方法,着重给出研究较为成熟的感应耦合电能传输技术的原理、特点及适用领域。重点分析、介绍了近年来国内外相关研究现状、进展及最新成果。本文叙述了感应耦合电能传输系统的构成以及能量传输原理,对一般设计方法进行了叙述。针对松耦合变压器这一非接触感应电能传输系统的关键部分的设计,先介绍了耦合电感以及耦合系数的概念,分析比较几种耦合形式的变压器;然后利用软件辅助分析设计松耦合变压器并生成仿真模型,理论验证设计结果。针对系统主电路,介绍松耦合电路原、副边电能补偿理论和主电路的拓扑结构,利用软件辅助设计补偿参数。根据理论分析和软件仿真结果,设计并搭建一个非接触供电实验平台。分别从主电路、控制电路和保护电路介绍平台的工作原理和实验中的问题及解决方法,然后在不同铁心和耦合距离条件下进行实验,最后总结分析松耦合电能传输系统的效率影响因素。分析国内外水下用电装置的供电方式现状,指出能源是制约水下装置作业时间的一个主要因素。针对其原有供电方式的局限,提出用感应电能传输技术结合可充电电池对水下设备进行供电设计的方法、重点及应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.1.1 非接触供电的发展需求
• 1.1.2 非接触供电的技术特点
• 1.1.3 研究水下非接触供电的必要性
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 研究趋势与现状
• 1.2.2 部分理论研究进展
• 1.2.3 部分应用系统介绍
• 1.3 本文主要工作与内容安排
• 1.3.1 本文所做的主要工作
• 1.3.2 各章内容安排
• 第二章 感应电能传输系统的原理和设计
• 2.1 非接触供电技术的原理
• 2.1.1 几种非接触供电方式比较
• 2.1.2 感应电能传输系统的构成
• 2.1.3 感应电能传输的原理
• 2.1.4 主要特点及适用领域
• 2.2 感应电能传输系统设计过程
• 2.2.1 感应传输系统的设计思路
• 2.2.2 本文进行研究的方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 松耦合变压器磁路分析
• 3.1 松耦合变压器理论
• 3.1.1 磁路和铁心线圈电路
• 3.1.2 耦合电感及其耦合系数
• 3.1.3 各种耦合形式变压器比较
• 3.2 松耦合变压器仿真分析
• 3.2.1 Ansoft 产品及PExprt 软件
• 3.2.2 PExprt 模型建立和方案选择
• 3.2.3 PEmag 模型及联合仿真准备
• 3.2.4 变压器磁路的软件模拟
• 3.3 松耦合变压器设计过程
• 3.3.1 开关电源变压器设计
• 3.3.2 松耦合变压器设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统全桥逆变主电路分析
• 4.1 全桥逆变电路及补偿拓扑
• 4.1.1 电能补偿理论与实践
• 4.1.2 主电路拓扑结构
• 4.2 主电路的联合仿真分析
• 4.2.1 主电路软件模型的搭建
• 4.2.2 联合仿真及结果分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 感应耦合电能传输系统的实现
• 5.1 硬件平台的搭建
• 5.1.1 主电路设计
• 5.1.2 PWM 驱动电路
• 5.1.3 软开关驱动电路
• 5.1.4 保护电路设计与调试
• 5.2 实验结果及分析
• 5.3 水下充电系统设计
• 5.3.1 电池及其状态监测
• 5.3.2 控制、通讯及实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 铁氧体铁心诺模图
• 附录B 非接触供电系统实验平台