【正文】 工作原理及其基本結(jié)構(gòu) 9 國、法國及美國等國家的科學家相繼在該領(lǐng)域里展開了科學研究，并且取得了一系列的成果。 河北聯(lián)合大學 XXXX 學院 10 感應(yīng)電能傳輸技術(shù)的基本結(jié)構(gòu) 本文所介紹的非接觸式電源主要由原邊整流電路部分、高頻逆變電路部分、松 耦合 變壓器部分、副邊能量接收線圈的整流及穩(wěn)壓部分、用電設(shè)備的供電控制部分等五部分所組成。而開關(guān) IGBT 管在進行高頻開關(guān)切換時由于施尾電流等的影響，如果直接采用硬開關(guān)的話會造成較大的功率損耗，因而我們選取了基于諧振變換技術(shù)的軟開關(guān)逆變電路。 整 流環(huán) 節(jié)U I調(diào) 節(jié)拾 取 線 圈 圖 本章小結(jié) 非接觸式供電技術(shù)拋開了傳統(tǒng)的用電設(shè)備通過電纜等和電源直接接觸的供電模式，它利用高頻逆變技術(shù)和電磁感應(yīng)原理，結(jié)合現(xiàn)代電力電子技術(shù)和控制方第 2 章 ICPT 技術(shù)的工作原理及其基本結(jié)構(gòu) 13 法，利用空 氣作為松 耦合 介質(zhì)，通過高頻輻射的方式向電氣設(shè)備提供電能。因而對于松 耦合 變壓器的數(shù)學模型可以在常規(guī)變壓器模型的基礎(chǔ)上進行分析。 將上述變壓器的電壓方程用矩陣形式來表述即有 : ?????????????????????????212221121121iidtdLRMMdtdLRUU （ 34） 變壓器的磁鏈方程： 212111 iMiL ??? （ 35） 121222 iMiL ??? （ 36） 2211 iMiL mmm ??? （ 37） 磁動勢方程： miNiNiN 12211 ?? （ 38） 由式 ()及式 ()可知，變壓器空載時用以建立主磁通的激磁磁動勢完全由原邊空載電流產(chǎn)生，當變壓器負載時用以建立主磁通的激磁磁動勢由原邊電流和副邊電流共 同產(chǎn)生，即變壓器負載時用以建立主磁通的磁動勢是一次側(cè)和二次側(cè)繞組的合成磁動勢。 (5)高的飽和磁通密度或高的原振幅磁導率。輸入 功率可根據(jù)輸出功率大小估算而得，在常規(guī)的變壓器中可保守地估計傳輸效率是 70%，在目前我們的非接觸式松 耦合 變壓器中，由于電能傳輸?shù)男蔬€沒有很精確的數(shù)據(jù)范圍，并且采用各種不同鐵芯形狀的松 耦合 變壓器其傳輸效率也不太一致，因此我們只取輸入功率進行設(shè)計。 :GTR 是一種電流控制的器件，電流放大倍數(shù)很低，在大容量時基極電流很大，這不僅產(chǎn)生損耗，而且使 GTR 驅(qū)動電路的體積很大且制造麻煩。綜上述， IGBT 已經(jīng)在目前的功率變換器中得到了廣泛的運用，所以本文選用了 IGBT作為功率開關(guān)器件。如果不對此電壓進行限制，它將造成 IGBT 的永久損壞。 F2407A 片內(nèi)的時間管理器為電機提供高速、高效和全變速的先進控制技術(shù)?？身憫?yīng)功率驅(qū)動保護中斷。 （ 3）串行通信口 F2407A 設(shè)有一個異步串行外設(shè)通信口（ SCI）和一個同步串行外設(shè)通訊口（ SPI），用于與上位機、外設(shè)及多處理器之間的通信?？梢酝ㄟ^接口對 DSP 的內(nèi)部 FLASH進行 燒寫和仿真通訊。 欠壓（過壓）保護是從主回路中引入信號控制，在這里欠壓（過壓）保護電路的比較信號取自同光耦的輸出。所以要設(shè)置快速的過流保護電路。系統(tǒng)的電源是來自汽車的蓄電池 12V 電壓， 12V 電壓不能直接應(yīng)用在本系統(tǒng)中，而且電源波動范圍較大，所以要進行一些轉(zhuǎn)換。 15V 輸出給霍爾傳感器供電。這部分是 DSP接收保護信號的電路，當其中一路保護信號為低時，則 PDPINT 將接收到一個低第 3 章 松耦合變壓器的原理及其設(shè)計 25 電平信號，此時 DSP 將停止發(fā)生 PWM 波。22201221 ??????? ???????????? ???? RC T RIR VVUV RDF 取 VV 52? ，將 24R 調(diào)至 ，使 A5 負輸入端為 10V。 過壓 、欠壓 保護 系統(tǒng)中設(shè)置了直流電壓過壓、欠壓保護電路。 JTAG 測試口與 DSP 管腳聯(lián)機如圖 所示。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的啟動可以有事件管理器模塊中 的事件源啟動、外部信號啟動、軟件立即啟動等三種方式。 第 3 章 松耦合變壓器的原理及其設(shè)計 21 全比較單元利用可編程的死區(qū)控制電路編程產(chǎn)生 6 路 PWM 波形生成的輸出。 DSP 的特點及資源 TMS320LF2407A 采用高性能 CMOS 技術(shù)，使得供電電壓降較低到 ；基于改進的哈佛結(jié)構(gòu)， 40MIPS 的執(zhí)行速度使得單指令周期僅為 25ns。 驅(qū)動電源欠壓鎖定 UV Fo 過壓保護 OC ＆ 短路保護 SC 過熱保護 OT 河北理工大學信息學院 20 圖 IPM 內(nèi)置保護電路 示意圖 當 UV， OC， SC， OT 四路電路中任何一路或幾路出現(xiàn)異常 IPM 將輸出相應(yīng)的低電平信號，則 FO 為低電平。 IGBT 集 GTR 和 MOSFET 的優(yōu)點于一體，它具有輸入阻抗高，開關(guān)損耗低、墓于 DSP 的非接觸式電源技術(shù)的研究飽和壓降低、通斷速度快、熱穩(wěn)定性能好和驅(qū)動電路簡單的長處，又具有耐高壓和承受電流大的優(yōu)點。拿 GTR 為例，盡管它具有開關(guān)容量大和導通壓降低 等優(yōu)點，但其一旦工作在高頻情況下則會出現(xiàn)很多缺點 : :GTR 是少子擴散形成電流，在高注入下會產(chǎn)生剩余截流子。 松耦合變壓器磁芯參數(shù)設(shè)計 對于松 耦合 變壓器的磁芯參數(shù)設(shè)計問題，我們可參照普通變壓器的鐵芯參數(shù)設(shè)計來進行松 耦合 變壓器的參數(shù)設(shè)計。 (3)要求磁損耗小 。 2L 、 2R 為二次側(cè)自感和電阻 。而常規(guī)變壓器的磁路中氣隙很小，其磁動勢降主要分布在鐵芯磁路部分，而鐵芯所具有的高磁導率決定了常規(guī)變壓器的磁阻較小，因而需要較小的激磁電流。松耦合變壓器的原理結(jié)構(gòu)圖如圖 所示， 河北聯(lián)合大學 XXXX 學院 12 圖 圖中虛線的左邊為松 耦合 變壓器原理框圖， 右邊為松 耦合 變壓器具體剖面圖，其中導軌線圈通過支架固定，而拾取線圈及 E 形鐵芯裝配在用電設(shè)備上，從而通過松 耦合 變壓器原副邊的靈活相對移動，實現(xiàn)非接觸式電能供應(yīng)?？紤]到非接觸式電源的實際特點與本文的要求，這里選取 220V 的單相工頻電源作為系統(tǒng)的供電電源，在經(jīng)過整流濾波后得到 198V 的直流電源，供給高頻逆變器進行高頻逆變。為了提高整個電源系統(tǒng)的電能傳輸效率，縮小器件的體積，提高能量密度，這就要求在松 耦合 變壓器的原邊中通過高頻電流，利用高頻化來提高整個電源系統(tǒng)的能量 密度，減小器件體積，提高能量傳輸效率。最早的有關(guān)感應(yīng)電能傳輸技術(shù)是日本國家研究院與 Yaksawa電氣公司于 20 世紀八十年代聯(lián)合提出來的，到了九十年代初期，新西蘭奧克蘭大學電子與電氣工程系電力電子學研究中心以 為中心的課題小組開始對其展開研究，并將其正式定名為感應(yīng) 耦合 電能傳輸技術(shù)(InduetiveCoupledpowerTrnasefr，簡稱 cIPT)。 通過變壓器同名端的極性控制，使得在變壓器副端成正負交流輸出。之后脈動的直流經(jīng)過大電感續(xù)流和大電容濾波后變?yōu)槠交闹绷?。在系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性方面，王智慧同學探討了次級拾取回路分別為并聯(lián)調(diào)諧和串聯(lián)調(diào)諧模式時對初級主回路工作頻率的影響，并于 2020 年在《電工技術(shù)學報》上發(fā)表了論文《非接觸電能傳輸系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性研究》，提出了在初級主回路中并聯(lián)附加相控電感電路，運用動態(tài)調(diào)諧方式實時調(diào)節(jié)回路固有諧振頻率。描述了非接觸電能傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的頻率分岔顯現(xiàn)，河北聯(lián)合大學 XXXX 學院 4 提出了一種在頻率分岔現(xiàn)象下的次級并聯(lián)補償電容選擇方法，得出了使用該方法選擇的并聯(lián)補償電容能使系統(tǒng)傳輸 效率顯著增大。美國 Delta Products Corporation 的 Yungtack Jang 及 Milan M. Jovanovic 研究了高性能的非接觸電能傳輸 技術(shù)，并將其應(yīng)用到便攜式電話的非接觸充電中，實現(xiàn)了較高效率和功率密度傳輸。該系統(tǒng)初級采用推拉式 諧振電力變換電路，次級采用開關(guān)模式諧振變換器，實現(xiàn)了從初級到次級的電壓、電流和頻率的相應(yīng)變換，以輸出適當?shù)碾娔茯?qū)動負載。 從上世紀 90 年代以來，新西蘭奧克蘭大學電子計算機工程系以 J. T. Boys 為首的團隊在此領(lǐng)域作了較為深入的研究，其成員主要有呼愛國博士（ PatrickAiguo Hu） ,G. A. Covic, O. H. Stielau, . Green 等，他們在 IEEE 期刊及會議上先后發(fā)表了二十余篇論文，對非接觸電能傳輸技術(shù)從原理到設(shè)計以及在非接觸供電軌道車及感應(yīng)充電等應(yīng)用方面進行了較為詳盡的分析。這是一種基于電磁耦合與感應(yīng)原理，綜合利用現(xiàn)代電力電子能量變換技術(shù)、磁場耦合 技術(shù)、大功率高頻變換技術(shù) (包括諧振變換技術(shù)和電磁兼容設(shè)計技術(shù)等 )，借助現(xiàn)代控制理論和方法，實現(xiàn)了電能從靜止電網(wǎng)向移動設(shè)備的非接觸傳輸技術(shù)，由此誕生了一種非接觸式電能傳輸模式。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂 3）其它 河北理工大學信息學院 IV 摘 要 在提倡綠色為能源的倡導下電動車由于零排放無污染電池成本底被認為是認為能最有效解決由于 CO2而引起的全球溫室效應(yīng)問題的方法之一 ，目前大部分的電動車都需要去專門的充電站去充電，或者用路邊的充電樁進行充電，為電動汽車使用充電樁進行充電，但一般的快速充電多 為 直流充電 ,一次充電需要 1020 分鐘左右， 10 分鐘左右把 35KW 的電池沖完需要 250KW 的發(fā)電 功率，是一個辦公大樓用電負荷的 5 倍 ， 需求的公路非常大，而接觸式充電在電動汽車普及以后是非常受限制的，首先是同時充電的汽車數(shù)目有限，其次是戶外的有限充電樁容易收到侵害，建專門的充電站則需要大量的用地，在土地資源日益寶貴的今天是非常不劃算的。對本論文（設(shè)計 ）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。據(jù)我所知， 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標準規(guī)范。針對從固定電力系統(tǒng)向移動用電設(shè)備的供電問題，新西蘭奧克蘭大學 Boys 教授為首的課題組率先研究并實現(xiàn)了基于電磁耦合原理實現(xiàn)電力能量傳導的技術(shù)，產(chǎn)生了感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)（ Inductive Coupled Power Transfer） [2][3]，簡稱為 ICPT 技術(shù)。新西蘭、日本和德國等國家相繼投入了一定的技術(shù)力量和經(jīng)費從事該技術(shù)及系統(tǒng)的研究和實用化產(chǎn)品開發(fā)，經(jīng)過十多年的發(fā)展，并與電力電子電能變換技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展相結(jié)合，在理論與應(yīng)用發(fā)面取得了重大的突破。文獻 [4]介紹了一種用于 150KW 移動機構(gòu)（電動汽車、移動起吊裝置等）的多級拾取 ICPT 系統(tǒng)。韓國 Kyungpook National University 的 Byungcho Choi 等研究了手機非接觸充電裝置的設(shè)計與制作，通過采用印刷電路板上刻制的線圈來大大減小初、次級線圈的體積，從而使得次級拾取及整流充電電路部分可以全部內(nèi)置于手機。文獻 [6]研究了可分離變壓器傳輸能量的非接觸電能傳輸系統(tǒng)，通過分析可分離變壓器的工作特性，得出了影響傳輸功率的幾個因數(shù)，并給出了采用串聯(lián)諧振式逆變器和可分離變壓器優(yōu)化繞法的實驗結(jié)果。杜雪飛在《非接觸式移動電源新技術(shù)》文中，對非接觸電源系統(tǒng)原理及實現(xiàn)的關(guān)鍵性問題進行了研究。 圖 上圖是傳統(tǒng)的接觸式充電系統(tǒng)示意圖，由三相電網(wǎng)引進的電能經(jīng)過有源濾波后，經(jīng)三相整流橋?qū)⒔涣髁空麨橹绷鳌? 單相交流電經(jīng)過單相整流和大電感平波后變?yōu)橹绷髁?，之后?jīng)過由 1S 、 2S 構(gòu)成的半橋逆變電路將直流逆變?yōu)楦哳l交流量。 4） 輸入整流橋二極管 額定電流 AVPI acoutD io d e 2 206 70 00c osm a x ????? ? 額定電壓 VVDiode 420? 取 倍余量， 取 800V 5） 輸 出濾波電容 mFV TIC dc 3 ?????? ? 電壓取 800V 感應(yīng) 耦合 電能傳輸 (ICPT)技術(shù)的提出與發(fā)展 隨著移動電氣設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，而傳統(tǒng)的滑、滾動取電方式存在其固有的缺點，因此尋求一種非接觸式的電能傳輸方法顯得非常必要，而非接觸式電源技術(shù)的出現(xiàn)正是迎合了人們的這一需求，非接觸式電源技術(shù)主要利用了電磁感應(yīng) 耦合 原理。根據(jù)磁路的歐姆定律及安培環(huán)路定律，考慮到空氣的磁阻遠大于鐵芯的磁阻，因此磁路的磁動勢降主要分布在空氣磁路部分，隨著空氣段磁路磁阻的增加，需要在松耦合變壓器的原邊產(chǎn)生較大的激磁電流，而激磁電流的增大一方面會增加整