水下景观灯无线供电系统研制Word文件下载.docx
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工程硕士(控制工程领域)
重庆大学自动化学院
二O一六年四月
万方数据
DevelopmentofWirelessPowerSupplySystemforUnderwaterLandscapeLight
AThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementforthe
ProfessionalDegree
ByLinFeng
SupervisedbyA.Prof.WangZhihuiPluralisticSupervisedbySeniorEng.LiDanSpecialty:
ME(ControlEngineeringField)
CollegeofAutomationofChongqingUniversity,Chongqing,China
April,2016
中文摘要
摘 要
随着人们思想意识、生活方式的不断改变,人们对于城市生活质量的要求越来越高,传统的单功能路灯已不能满足人们的需求。
景观照明以其独特的艺术魅力正在吸引大众的目光,并越来越受到人们的青睐。
目前,水下景观灯普遍采用线缆供电方式,由于其所处环境恶劣,该供电方式必然会限制水下灯的防护强度,产生供电安全隐患、布线施工困难以及后期维护麻烦等不可避免的缺点。
电磁感应耦合能量传输(InductiveCoupledPowerTransfer,ICPT)技术能够通过空间磁场耦合的方式实现电能从静止电网向用电设备的非接触传输,从而解决了传统供电方式存在的上述问题,迎合了人们对日常生活中的电气设备安全高效性、灵活性和智能化的需求,为景观灯的研究和发展开拓了一种新思路。
ICPT基于法拉第电磁感应原理,综合利用电力电子能量变换技术、磁场耦合技术以及现代控制理论和方法等,以其原理简单、容易实现、近距离传输效率高、传输功率大等特点,越来越受到工业界和学术界的广泛关注,成为研究热点。
因此本文主要基于ICPT技术原理和控制方法,研究适用于中小功率等级ICPT系统的设计流程和方案,并研制出一款100W的无线供电系统,实现电能的非接触传输。
在研究过程中,作者主要做了以下工作:
①对ICPT系统的基本结构和原理做了简要介绍,分析了该无线供电系统的技术需求,确定了系统的电路结构。
②分析对比了几种高频逆变电路、谐振网络模型、整流滤波电路以及稳压电路的优缺点和适用情况,设计了系统的主电路。
③设计出系统的耦合机构,用mathcad软件建立了系统的数学公式,计算出系统工作时的电路参数,并研究了系统的电路参数设计和器件选型。
④设计了系统保护电路、驱动电路、控制电路等辅助电路。
⑤用simulink软件仿真出系统的控制效果,并搭建实验平台对系统进行了功能性验证。
关键词:
水下灯,无线供电,ICPT,系统设计,器件选型
III
英文摘要
ABSTRACT
Withthechangeofpeople'
sideologyandlifestyle,peopledemandmuchmoreonthequalityofurbanlife,andthetraditionalstreetlampwithsinglefunctioncannotmeetpeople'
sneeds.Landscapelightingisattractingthepublic'
sattentionandincreasinglyfavoredwithitsuniqueartisticcharm.Atpresent,cablepowersupplyisuniversalappliedtoUnderwaterLandscapeLight.Butthismethodhasmanyinvincibleshortcomingsduetoitsbadenvironment,suchaslimitedprotectionstrengthofunderwaterlight,powersupplysecurityrisks,wiringconstructiondifficulties,latemaintenancetrouble.InductiveCoupledPowerTransfer(ICPT)canrealizecontactlesspowertransferfromstationarysourcetoelectricequipmentthroughcouplingmagnetic,thatsolvedaboveproblemsinthetraditionalpowersupplymode.TheICPTtechmeetstheneedsofelectricalequipmentsafety,effciency,flexibilityandintelligenceinpeople’sdailylife,andithasdeepinfluenceonthedevelopmentoflandscapelight.
ICPTtechnologyisbasedonFaraday’selectromagneticinductionlaw,itcombinesofpowerelectronicsconverttechnology,magneticcouplingtechnologyandmoderncontroltheoryandmethods.ICPThasincreasinglyreceivedwideattentionintheindustryandacademiawithitsfeature,suchassimpleprinciple,easytoimplement,hightransmissionefficiencyintheneardistanceandlargetransmissionpower,andICPTtechnologyhasbeenapopularresearchproject.Therefore,thispaperstudiedadesignflowandmethodforsmallandmedium-sizedpowerlevelICPTsystem,and100Wwirelesspowersupplysystemisdevelopedtoachievethepowerwirelesstransmission,whichmainlybasedontheICPTtechnologyprincipleandcontrolmethod.
Themainworksofthepaperinclude:
①Firstly,thepaperdescribedthefundamentalstructureandprincipleofICPTsystem,andthetechnicalrequirementsofwirelesspowersupplysystemisanalyzedtodeterminecircuitstructureofthesystem.
②Secondly,comparisonandanalysisaremadeonadvantagesanddisadvantages
ofseveralhighfrequencyinvertercircuit,resonantnetworkmodel,rectifierandfiltercircuit,andvoltagestabilizingcircuit,thataimingatthedesignofmaincircuitofthesystem.
③Thirdly,thedesignofcouplingmechanismofthesystemisintroducedinthis
paper,andthemathematicalformulaofthesystemisestablishedwithMathcadsoftwaretostudyparameterdesignandcomponentsselectionofthecircuit.
④ Fourthly,thesystemprotectioncircuit,drivingcircuitandotherauxiliary
circuitsaredesignedinthispaper.
⑤Finally,thepapersimulatedthecontroleffectofthesystemwithSimulinksoftwareandsetuptheexperimentalplatformtoverifythefunctionofthesystem.
Keywords:
underwaterlight,wirelesspowersupply,InductiveCoupledPowerTransfer,systemdesign,componentsselection
目
录
目 录
V
中文摘要 I
英文摘要 II
1绪论 1
1.1论文的研究背景 1
1.2ICPT技术在各领域内的应用 2
1.3国内外研究现状 4
1.3.1国外研究现状 4
1.3.2国内研究现状 4
1.4课题研究目的及意义 5
1.5论文主要内容及结构 6
1.6本章小结 7
2无线供电系统的基本电路及需求分析 8
2.1引言 8
2.2ICPT系统的基本结构 8
2.3系统需求分析 9
2.3.1项目规格说明 9
2.3.2系统基本组成电路 11
2.4高频逆变电路分析 11
2.4.1逆变电源分类 11
2.4.2逆变电路拓扑分类 12
2.5谐振网络分析 13
2.5.1原边谐振补偿网络 14
2.5.2副边谐振补偿网络 16
2.6整流滤波电路分析 17
2.7稳压电路分析 18
2.8本章小结 19
3系统硬件结构及参数设计 21
3.1引言 21
3.2磁耦合机构设计 21
3.2.1磁耦合机构的结构 21
3.2.2耦合线圈的主要参数 24
3.2.3利兹线规格选择 26
3.3主电路设计 27
3.3.1主电路拓扑选型与设计 27
3
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