【摘要】：電流互感器是電力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)計(jì)量與保護(hù)的重要設(shè)備,隨著電網(wǎng)電壓等級(jí)的不斷提高,傳統(tǒng)的電磁式電流互感器受其傳感原理限制已不能滿足生產(chǎn)的需要。電子式互感器因具有抗干擾性能好、測(cè)量精度高、重量輕等優(yōu)點(diǎn)已成為傳統(tǒng)電流互感器的理想替代品,其中有源電子式互感器高壓側(cè)供電問題則是研究中的難點(diǎn)和技術(shù)難題。針對(duì)現(xiàn)有高壓側(cè)供電電源設(shè)計(jì)中存在的電源復(fù)雜、壽命短、供電不穩(wěn)定等問題,本文提出了一種新的供電方案,即無線供電技術(shù)。以線圈尺寸最小化和傳輸距離最大化為原則,研究設(shè)計(jì)了一個(gè)基于磁耦合共振式無線供電電源裝置,實(shí)現(xiàn)了為電子式互感器高壓側(cè)穩(wěn)定供電。本文的主要的研究?jī)?nèi)容如下:1.首先對(duì)現(xiàn)有幾種主流無線供電技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的研究與分析,確定采用磁耦合共振式無線供電技術(shù)為電子式互感器高壓側(cè)電路供電。以電路互感理論為基礎(chǔ)對(duì)磁耦合共振式無線供電技術(shù)進(jìn)行建模與分析,建立了PP拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的能量傳輸模型,推導(dǎo)出了輸出功率表達(dá)式,進(jìn)一步分析電壓、頻率、互感對(duì)功率的影響,從而為硬件電路的參數(shù)設(shè)計(jì)提供了理論參考。2.其次對(duì)磁耦合共振式無線供電系統(tǒng)進(jìn)行了整體設(shè)計(jì),主要包括高頻逆變環(huán)節(jié)、諧振線圈、諧振電容、整流濾波穩(wěn)壓環(huán)節(jié),根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo),對(duì)這些環(huán)節(jié)一一進(jìn)行分析,合理的設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)的參數(shù),保證在獲得穩(wěn)定功率的前提下盡量減少發(fā)射和接收線圈尺寸,再印制電路板,完成硬件電路制作。3.最后搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并對(duì)電源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試,發(fā)射端和接收端的輸出波形均滿足實(shí)驗(yàn)要求。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試距離和負(fù)載對(duì)系統(tǒng)傳輸特性的影響,得出當(dāng)傳輸距離在5-11cm,負(fù)載電阻在100Ω-250Ω范圍時(shí),負(fù)載均可獲得100mW以上的功率,完全滿足電子式互感器高壓側(cè)供電要求。通過對(duì)絕緣子設(shè)計(jì),完成了系統(tǒng)的樣機(jī)制作,最后經(jīng)過整體樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證波形圖表明該供電電源在保證有效絕緣距離的前提下,可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定供能,驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的有效性。
【圖文】：

供電裝置的供電效率高達(dá) 40%。該實(shí)驗(yàn)首次提出磁耦合共振的概念，成為無線供電技術(shù)研究方向的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)成果如圖 1.8 所示。圖1.8 麻省理工大學(xué)成果Fig.1.8 MIT Achievements日本東京大學(xué)以 Takao Someya 教授為首的團(tuán)隊(duì)，使用有機(jī)晶體管的傳輸系統(tǒng)和MEMS 開關(guān)，通過印刷技術(shù)，成功地生產(chǎn)了一種大面積鋪置的輸電線路板。利用印刷塑料MEMS 開關(guān)驅(qū)動(dòng)的二維銅線圈陣列，通過電磁場(chǎng)有選擇地向物體供電，實(shí)現(xiàn)了 62.3%的功率傳輸耦合效率，無線接收到 29.3W 的功率[32]。日本日立研究室的課題團(tuán)隊(duì)詳細(xì)分析了電梯和自動(dòng)巡航車的無線供電系統(tǒng)，包括磁芯的形狀、線圈的形狀及線圈的纏繞方式等[33]。2011 年，美國(guó)匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)中心、華盛頓大學(xué)和 Intel 公司宣布，采用磁耦合共振式無線供電技術(shù)

山東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論9圖1.9 人工心臟無線供電系統(tǒng)Fig.1.9 Wireless power supply system for artificial heart1.4.2 無線供電技術(shù)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)對(duì)無線供電技術(shù)的研究起步相對(duì)較晚，天津工業(yè)大學(xué)、重慶大學(xué)、東南大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、河北工業(yè)大學(xué)等高校研究團(tuán)隊(duì)，自 20 世紀(jì)90 年代開始對(duì)無線供電技術(shù)進(jìn)行了研究。以中國(guó)科學(xué)院嚴(yán)盧光院士為首的研究小組是國(guó)內(nèi)較早研究無線供電技術(shù)的團(tuán)隊(duì)之一。通過理論研究和仿真分析，建立了隔離變壓器電路和新型無線供電系統(tǒng)的模型，，最早研制出了小型無線供電電源系統(tǒng)，并通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析了系統(tǒng)變頻控制時(shí)的穩(wěn)定性及所采用的補(bǔ)償方法[31]。以重慶大學(xué)孫躍教授為首的研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)無線供電技術(shù)的基本原理、高頻諧振 ZCS軟開關(guān)的建模方法、系統(tǒng)非線性行為的分析方法以及系統(tǒng)諧振參數(shù)優(yōu)化控制等方面做了深入研究[35]。在技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用方面，早在 2010 年，該團(tuán)隊(duì)就研制了國(guó)內(nèi)首套輸出功率在1 千瓦以上的大功率 IPT 器件，并與海爾集團(tuán)公司建立了家用電器無線供電技術(shù)聯(lián)合研發(fā)中心
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM724;TM45

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本文編號(hào)：2590272