磁感應式無線能量傳輸控制技術研究.pdf

1、在海洋探索中，應用廣泛的UUV等水下探測設備，由于其自身體積和重量的限制，造成持續(xù)作業(yè)能力較差，無法實施長時間不間斷探測；而通過功率供給能夠及時為探測設備補充電能，節(jié)約設備充電往返所消耗的時間；在功率補給方式中，傳統(tǒng)的電纜補給方式資源消耗大，而海底電力基站能夠自由高效地對水下探測設備進行功率補給，目前的電能傳輸大多需要點對點的直接電氣接觸，在水下極易發(fā)生漏電、漏水事故，而基于感應耦合式技術建設的電能傳輸系統(tǒng)，通過電能與磁能之間的相互轉(zhuǎn)換

2、，無需直接的電氣接觸，能夠完全防水密封，從而提高探測設備水下充電的安全可靠性。
　　首先，基于感應耦合式技術設計感應耦合電能傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：硬件電路、松耦合（可分離）變壓器、DSP最小系統(tǒng)等部分；基于松耦合變壓器特性，建立系統(tǒng)互感、等效電路模型，推導反映阻抗表達式，并基于該表達式得出互感值、頻率等因素的變化對反映阻抗的影響，即對系統(tǒng)傳輸性能的影響；通過對比分析八種常規(guī)補償結構對系統(tǒng)傳輸功率、效率的影響，選用初/次級串聯(lián)補償結

3、構。
　　其次，完成耦合器設計及其有限元分析，在對比分析多種材料特性，綜合考慮對稱性、尺寸等因素，選定磁芯材料及型號；為了避免高頻電流流經(jīng)導體時引起的集膚效應以及臨近效應，選定繞組中漆包線的標稱直徑，并驗算耦合器中磁芯能否容納相應匝數(shù)的繞組；基于選定的磁芯及繞組，利用有限元軟件 ANSYS對耦合器設計進行有限元分析，并在模型中改變氣隙距離、補償結構、繞組位置等條件，獲得不同情況中系統(tǒng)磁場分布、傳輸效率、傳輸功率的變化趨勢，并再次驗

4、證初級/次級串聯(lián)補償結構對傳輸性能的改善。
　　再次，結合耦合器的設計及其有限元分析，根據(jù)系統(tǒng)功能及性能指標，設計系統(tǒng)中各部分硬件電路，包括：逆變、整流濾波、隔離、驅(qū)動放大、繼電控制、電流電壓檢測等電路，并完成各部分電路中相應器件的大小及型號選定。
　　最后，完成感應耦合式電能傳輸系統(tǒng)的集成與試驗驗證，包括DSP最小系統(tǒng)中程序設計、控制器算法設計以及硬件平臺中功能（性能）、特性驗證；其中DSP最小系統(tǒng)中程序設計主要包括：PW