磁感應(yīng)式無(wú)線能量傳輸控制技術(shù)研究.pdf

1、在海洋探索中，應(yīng)用廣泛的UUV等水下探測(cè)設(shè)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(wú)法實(shí)施長(zhǎng)時(shí)間不間斷探測(cè)；而通過功率供給能夠及時(shí)為探測(cè)設(shè)備補(bǔ)充電能，節(jié)約設(shè)備充電往返所消耗的時(shí)間；在功率補(bǔ)給方式中，傳統(tǒng)的電纜補(bǔ)給方式資源消耗大，而海底電力基站能夠自由高效地對(duì)水下探測(cè)設(shè)備進(jìn)行功率補(bǔ)給，目前的電能傳輸大多需要點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(yīng)耦合式技術(shù)建設(shè)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(wú)需直接的電氣接觸，能夠完全防水密封，從而提高探測(cè)設(shè)備水下充電的安全可靠性。
　　首先，基于感應(yīng)耦合式技術(shù)設(shè)計(jì)感應(yīng)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(dǎo)反映阻抗表達(dá)式，并基于該表達(dá)式得出互感值、頻率等因素的變化對(duì)反映阻抗的影響，即對(duì)系統(tǒng)傳輸性能的影響；通過對(duì)比分析八種常規(guī)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)傳輸功率、效率的影響，選用初/次級(jí)串聯(lián)補(bǔ)償結(jié)

3、構(gòu)。
　　其次，完成耦合器設(shè)計(jì)及其有限元分析，在對(duì)比分析多種材料特性，綜合考慮對(duì)稱性、尺寸等因素，選定磁芯材料及型號(hào)；為了避免高頻電流流經(jīng)導(dǎo)體時(shí)引起的集膚效應(yīng)以及臨近效應(yīng)，選定繞組中漆包線的標(biāo)稱直徑，并驗(yàn)算耦合器中磁芯能否容納相應(yīng)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(duì)耦合器設(shè)計(jì)進(jìn)行有限元分析，并在模型中改變氣隙距離、補(bǔ)償結(jié)構(gòu)、繞組位置等條件，獲得不同情況中系統(tǒng)磁場(chǎng)分布、傳輸效率、傳輸功率的變化趨勢(shì)，并再次驗(yàn)

4、證初級(jí)/次級(jí)串聯(lián)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)對(duì)傳輸性能的改善。
　　再次，結(jié)合耦合器的設(shè)計(jì)及其有限元分析，根據(jù)系統(tǒng)功能及性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)中各部分硬件電路，包括：逆變、整流濾波、隔離、驅(qū)動(dòng)放大、繼電控制、電流電壓檢測(cè)等電路，并完成各部分電路中相應(yīng)器件的大小及型號(hào)選定。
　　最后，完成感應(yīng)耦合式電能傳輸系統(tǒng)的集成與試驗(yàn)驗(yàn)證，包括DSP最小系統(tǒng)中程序設(shè)計(jì)、控制器算法設(shè)計(jì)以及硬件平臺(tái)中功能（性能）、特性驗(yàn)證；其中DSP最小系統(tǒng)中程序設(shè)計(jì)主要包括：PW