无接触电能传输系统的设计与实现

论文摘要

在现代工业中,电能的传输主要通过导线或电连接器进行接触供电。在给运动物体供电时,接触供电会有摩擦和磨损；在化工、易燃易爆等领域,接触供电会影响系统的安全性和可靠性。针对上述问题,提供一种新的无接触的供电方式就显得尤为重要。无接触电能传输技术就是为了弥补这些不足而发展起来的一种基于感应能量传输原理的新技术。首先通过调研无接触电能传输技术的研究背景与意义,本文对本课题中运用的几种主要技术：无接触电能传输技术、软开关技术和谐振技术进行了理论分析。重点论述了移相全桥变换器中软开关的具体实现和软开关周期中的6个不同工作过程。以上述理论为基础,本文设计了一套无接触电能传输系统,其输入为市电,输出为直流24V电压,最大输出电流可达20A,具有过流和过温保护功能,传输效率为80%以上。本系统主要包括电能发射和电能接收两部分。实现了供电部分与用电设备的相对分离,用电设备可相对运动,克服了接触式电能传输系统的缺点。无接触变压器的电能传输是通过电磁感应原理实现的。由于运用了无接触技术,为了克服传输效率下降的缺点,本系统在控制部分运用了软开关技术,降低了开关损耗,在无接触变压器部分,运用了谐振技术,实现功率最大传输。系统加入了过流和过温保护电路,增强了系统工作的稳定性。本文主要完成输入整流滤波电路、软开关全桥逆变电路、移相控制电路、高频变压器、无接触变压器、输出整流滤波电路、输出电压反馈电路等环节的设计。最后完成系统的整机安装与调试,并给出实验运行的结果和调试过程的方法、图片和实验数据,说明系统对电能进行无接触传输的可行性与实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 课题关键技术的基本原理
• 1.2.1 无接触电能传输技术
• 1.2.2 软开关技术与谐振技术
• 1.2.3 移相全桥变换器中软开关的具体实现
• 1.3 本文主要研究工作内容结构
• 1.4 本章小结
• 2 系统总体设计
• 2.1 课题要求
• 2.2 系统结构
• 2.3 本章小结
• 3 系统电能发射部分电路
• 3.1 输入整流滤波电路
• 3.1.1 整流电流
• 3.1.2 滤波电流
• 3.2 软开关全桥逆变电路
• 3.2.1 主电路
• 3.2.2 辅助谐振网络
• 3.3 移相控制电路
• 3.3.1 全桥软开关移相谐振控制芯片UC3875的电气特性
• 3.3.2 系统工作频率设定
• 3.3.3 死区时间设定
• 3.3.4 电压采样反馈电路
• 3.3.5 过流与过温保护电路
• 3.3.6 开关管驱动电路
• 3.4 高频变压器
• 3.4.1 无接触电能传输的实现
• 3.4.2 变压器设计
• 3.5 辅助电源
• 4 系统电能接收部分电路
• 4.1 整流滤波电路
• 4.2 逆变电路与控制驱动电路
• 4.3 输出整流滤波与电压反馈电路
• 4.4 电能接收部分高频压器的设计
• 5 系统的性能安装与调试
• 5.1 控制电路的安装与调试
• 5.2 整机安装与调试
• 6 实验数据
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢