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1、感应供电朱晓男哈尔滨工程大学2011年6月目录1 背景2 国内外发展状况3 这项技术使用的常见技术与电路结构4 这项技术的优势5 感应供电的未来6 总结前言：非接触供电系统（CPS）具有广阔的应用前景，是一种新型的电能传输技术,摆脱了传统供电方式通过导体直接接触供电的方式，通过感应电磁耦合关系向负载提供点，在物流自动化等领域具有良好的应用效果。关键词：感应耦合电能传输、非接触、谐振、频率控制一 背景非接触供电技术利用空气作为松耦合介质，通过高频辐射的方式向电气设备提供电能，无需电连接器直接连接。由于具有设备移动灵活，不收环境影响，免维护等优点，在移动电气设备的电能供应中得到了越来越广泛的应用，
2、主要应用在AGV，起重机和EMS单轨传输系统中。通过此技术的应该可以在恶劣的生产环境下实现向负载设备提供干净、稳定、安全的电能传输，有效减少其受环境影响的程度。而通过构建非接触供电应用平台，研究了非接触供电技术中高频逆变、谐振补偿、软开关技术、整流滤波等技术，针对CPS的刺激去点设置的构造、原理以及如何应用进行了较深入的研究。通过实验对其去电性能加以验证，通过验证，基于电磁感应，所设计的实验平台中的取电设置可以有效的在高频交流点通过的电缆上进行非接触的移动取电。试验中可以将几十瓦功率的电能提供给负载，通过对小功率的直流电机供电进行非接触供电效果的验证。实验证明，该应用平台的测试效果良好，原边输
3、入电压的变化可以有效的改变取电设置的输出频率。无线供电，现在主要有三种方式：电磁感应方式，磁场共振方式，电磁波传送方式。这三种技术实际上现在，都有应用于电动汽车充电的研究。而现阶段搞得最现实的、在电动汽车上有实际应用的，是电磁感应式。下面就从这个开始说，一一的介绍一下。1，电磁感应式电磁感应原理在现在的中学物理就学过，简单地说就是：变化的磁场能产生电场，处于其中的闭合回路能产生感应电流。举个例子，很多人都有用过公交卡，把它在公交车的读卡机上“啪”一下，就可以完成余额显示、扣钱等行为。这是因为里面有一个芯片，记录了余额的数据。但是有没有想过，芯片工作的电源是哪来的？公交卡中并没有电池，而是有一个
4、线圈。把公交卡在读卡机上晃动时，读卡机会产生一个磁场，公交卡的线圈进入这个磁场就会产生感应电流。 而电磁感应原理在电动汽车充电上的应用就是，先做出一个“供电台”，供电台中埋有一个线圈，向其供电可以产生一个变化的磁场，这个线圈称为一次线圈；而在电动汽车的底盘下装置一个二次线圈，当这个二次线圈进入磁场后，就产生感应电流，从而向电动汽车搭载的电池充电。具体原理见下图（日本人不管是讲科学道理还是政治道理，都喜欢用漫画和小动物）。橙色部分就是线圈，下面的是供电的一次线圈，上面的是车载的二次线圈。对电动汽车利用电磁感应原理进行无线充电，是有过实车实验的。日本国土交通省（交通部）在2008年2月在羽田机场，
5、2009年10月在奈良市，就针对充电式混合动力巴士组织过两次实际应用实验。见下图，供电线圈是埋入充电台的混凝土中的。车开上充电台后，当车载线圈对准供电线圈后（重合），车内的仪表板上有一个指示灯会亮，司机按一下充电按钮，就开始充电。这种充电方式的功率能达到150kw(2009年时的成绩)。我在上周看的一篇文章，对日本早稻田大学环境能源研究科一位教授的采访。现在关于电动汽车电力问题的研究方向有三种，一种是致力于提高电池性能，一次充电能跑更多的路；二种是致力于提高电动汽车对电力的利用率，在行驶过程中减少电力浪费；三种是致力于改良充电方法，使充电时间减短。而这位教授从事的是第三项研究。这位教授的观点是
6、：在现阶段，电池性能的提高不仅困难，而且最关键的是成本问题，电池价格限制了电动汽车的普及。所以他现在专注于应用于短途或者固定路线的电动汽车，比如电动公交车。通过缩短电动汽车的充电时间，提供一种短时间、高频率的充电方法，使电动汽车尽可能的少搭载电池，降低成本，从而能在近期内初步普及。所以从这个观点来看，针对性最强的就是电动公交车。这位教授的研究方向就是利用电磁感应原理的无线充电方式，现在的成绩是充电7分钟可供一辆巴士行驶30分钟（=充电半小时可供行驶2小时以上），这个数据就非常适合电动公交车使用。虽然这种方式和现在用电源线的快速充电器时间相当，但是省去了插拔电源线的程序以后，除了方便、快捷，还有
7、一个很大的优点是安全：在雨天时没有触电、漏电的危险。但是，利用电磁感应原理的无线供电方式有天生的缺点：两个线圈必须对得比较齐，线圈间的距离必须比较近：否则会导致输电效率大幅下降。所以现在更被看好的，是近几年才出现的另一种方式：磁场共振式无线供电。2，磁场共振式关于共振传递能量，很多人都听说过拿破仑的士兵把一座桥振塌了的故事。磁场共振式传电，简单地形容就是：有两个线圈，一个是送电端，一个是受电端；给送电线圈供电，当送电端的振荡磁场频率与受电端的固有频率相同时，就产生了共振，在受电线圈中能产生电流。这种方式的原理在比较早以前就为所知，但是实用化是从07年才开始急速进行的。其优点是：两个线圈间的距离
8、可以比较远，现在可以达到在1m的距离内高效率送电（而电磁感应方式大约是10cm）。下图是去年10月份索尼公司发布的一款样机：无电源线的电视机。当时索尼只是炫耀其开发的无线供电系统，而暂无产品化的打算。但是可以想象，装备无线供电系统的电视机，在房间内的摆放将是自由。相对于电磁感应式供电，这种利用磁场共振方式的供电技术更被看好于电动汽车的应用在未来。下面这个图是未来交通方式的一张漫画，在路面中铺有供电系统（地面上的桔色部分），可以在电动汽车行驶中供电。这种带有供电系统的道路交通推广以后是什么画面呢？以北京为例，可以试想一下。对于一辆充满电以后，一次可以行驶200-300公里的电动汽车。假如北京的二
9、、三、四、五环加上长安街全部铺装有无线供电功能的电动汽车车道，那么在这些主干道上行驶时，不仅不需要使用车载电池的电力，而且还可以给电池充电。 300公里的电池能力，出厂时就己充满，如果只在北京市内跑的话，利用这些无线充电系统，直到把这辆车开报废为止，可能都用不着你亲自动手充电。同理，假如天津的主干道路也铺装有无线供电的设施，那么你的车的无充电使用范围可以扩大到京津两地。再推广开来，全国所有城市的主干道，以及连接各城市间的高速公路都铺装无线供电设施的话，效果可想而知。一句话总结就是，车载电池只需要满足电动汽车在支线交通、小道上的使用需要，而在城市内以及城市之间的主干道上，可以利用无线供电施设充电
10、，这样的环境下，电动汽车的充电问题，根本就不是问题。不过以上是基于现实科技的科幻情节。磁场共振式供电，目前技术上的难点是，小型、高效率化比较难。现在的技术能力大约是直径半米的线圈，能在1m左右的距离提供60w的电力。而能提供驱动一辆汽车的电能，技术上还有很长的路要走。此外，铺装有供电系统的道路，实际上是要把现在的道路翻新一遍，这是需要钱的。话虽如此。回想一下汽车刚被发明出来时的道路条件，再看看现在遍布世界的高速公路网，哪一条路不是用钱铺出来的。还有一个问题：电动汽车取代了汽油车以后，大量需要的电力从哪来？下面讲的是第三种供电方式，其中还包括了一条提供电能的方法。3，电磁波送电 电磁波可以传递信
11、号，应该大家都很熟悉。让它传递能量也可以。有传递能量的意义的是微波，即频率在300MHz（波长1m） 300GHz（波长1mm）之间的电磁波，电磁波的频率越高，其能量的集中度越高，传递的方向性越强。 在去年4月份，日本东京的一家房地产公司联合早稻田大学、昭和飞行机工业公司做过一个实际运行实验。该房地产公司计划为它开发的一个小区提供电动的小区巴士，当时实验车有两台，其中一台就是利用的电磁波送电方式来充电。但是，在当时的实验中，那辆巴士是停下来以后充电。能不能做到电动汽车一边行驶，一边利用电磁波供电呢？去年11月份，日本的龙谷大学发布了一项技术成果：移动式无线充电系统，当时就是使用的频率 2.45
12、GHz的微波。但是实验并不是用实车进行的，而是用的一个警车模型，通过微波送电，点亮了行驶中的模型警车的警灯。一般来说，利用电磁感应原理的无线供电技术最具现实性，并且现在在电动汽车上有实际应用；而磁场共振方式，则是现在最被看好、被认为是将来最有希望广泛应用于电动汽车的一种方式；而电磁波送电方式，现在则提出了利用这种技术的“太空太阳能发电技术”。这种技术能应用的话，可以从根本上解决电力问题。现在很多人反对电动汽车的理由之一就是，电动汽车是否真的环保，或者说，是否真的存在无污染的电力供应源。答案是：当然有，那就是太阳能。不要拿地球上的太阳能来想象。在地球上利用太阳能发电受到很多限制，比如天气、云层、
13、昼夜交替。而在太空中，这些都不是问题，而且在太空中太阳能的转换效率远远高于地面上的利用。唯一的问题是，如果在太空中建设一个太阳能发电站的话，产生的电力怎么传送回地球。用一根几万公里的电线是不可能的；而电磁波送电技术，则使一切皆有可能。在太空中利用太阳能发电，然后把能量用电磁波传送到地球上的接收站，再转化为电能供使用，这个概念是上世纪60年代一个美国航天工程师提出来的，过了大约 10年以后，被美国当局接受并且进行研究，结论是：技术上可行，但是成本太高，所以并未真正实行。但是最近又逐渐有把这个项目捡起来的趋势。现在用来发电的技术中，地面太阳能和风力、水力，远远不够满足人类的需要，而煤炭、石油、天燃
14、气这些不可再生资源，总有用完的一天；核电站的废料也是一种处理很麻烦的东西。所以纯天然、高效率、无限使用的太空太阳能发电的成本问题就显得不是那么重要了，尤其在一些有钱但是没资源的国家（比如说日本）看来，这种花钱就能买到的能源是最好的（像石油、天燃气，有时候有钱也不一定买得到，还得看对方愿不愿意卖给你）。日本提出的叫做“宇宙太阳光发电”，据说有希望在2030年左右实现。这种方式有可能是针对地球能源问题的一种终极解决方案。无线供电技术，为电动汽车描绘了这样一种美好的前景，从电力来源到电力供应，干净，美好，省心省力。当然，可能有的人确实喜欢汽油车，喜欢闻汽油的味道，喜欢听发动机的轰鸣，这没有关系。这称
15、作是一种“野性”，或者说是“激情”。就好像现在汽车虽然普及了，但是仍然有很多人喜欢骑马一样。比如说一百年以后，电动汽车普及了，可能会出现和现在的跑马场一样的“跑车场”，只是那时候在跑车场内的汽油会卖得很贵。新能源车，像燃料电池车，电动汽车，现在还有不少人把混合动力车算进去。不客气地说，混合动力车完全就是一种过渡车型；而从某种意义上说，燃料电池车也是个过渡。燃料电池车虽然也算是电动汽车，但是不同的是，它还有“燃料”两个字。就好像汽油车需要加油一样，燃料电池车也离不开加氢。所以燃料电池车与汽油车只是能源的不同而己，配套设施上只是加油站与加氢站的区别，并没有从本质上改变整个交通网络的模式。比如说，在
16、任何科幻电影或者小说里面，你经常可以见到汽车在天上飞，驾驶员在睡觉，可曾见过这辆车停在某个“加油站”或者“加氢站”前补充燃料吗？没有的。至少从科幻作家的角度，燃料电池车是不被认可的。无限制地行驶，不用担心什么时候车上的燃料会用完，这种事情只可能发生在电动汽车上。电动汽车，在太阳能电池技术、无线供电技术、以及自动驾驶技术的支持下，完全可以颠覆现在的交通概念。（关于自动驾驶，一句话概括就是：在汽油车上实现很难，在电动汽车上实现相对简单。但是讨论起来很长，以后要单独介绍。）可以试想一下，N年（比如说100年）以后，你的子孙，在高速公路上，一边听收音机、一边上网、还一边打电话（如果那时候这些事情还有的
17、话），而他的车在自动行驶，而汽车、电脑、手机需要的所有电力都来自从路面下铺装的供电系统、或者来自汽车上的接收装置接收的电磁波。这种事情不是不可能，从现在的技术上来看，实现的可能性异常强烈。二 国内外发展状况德国vahle公司在移动供电和工业通信设备领域处于世界领先地位。自 1912 年，公司的创始人paul vahle先生发明了世界上第一根钢体滑触线以来， vahle 公司不断创 新，开发了无数先进技术和专利产品。现在， vahle已经成为一个全球性的移动供电专 家，在全世界拥有 68 家分支机构，能够及时提供最全面的移动电气系统和解决方案。vahle的移动供电和数据传输设备，以其专业的技术、
18、可靠的质量已广泛应用于：汽车 制造、焦化、冶金、起重机械、自动化生产线、自动仓储系统、港口、机场、造船、发电、 石化、造纸、水泥、快速轨道交通系统和游乐场等领域，而且我们的特种钢体滑线已经应用 于举世瞩目的磁悬浮列车项目中. 所有滑线都根据相关电气、机械及防火国际标准设计。产品均通过 ul，csa及sev等国际认证，并在世界范围内广泛使用。 德国 vahle 移动供电系统德国 vahle cps非接触传输系统 免指导安装费法勒的无接触电磁感应电流传输系统 cps（ contactless power system ）应用于轨道移动设备如起重机系统、升降机、单轨道系统、载人器械等设备，是电流传输
19、系统的发展的一个巨大突破.适用于起重机应用(门 /桥式起重机、集装箱起重机)物料运输应用(搬运设备应用、 自动化起重机、地面运输车、自动仓储系统、自动电气单轨系统、自动分拣系统、人员输送设备、游乐设备）. 长野日本无线宣布，面向电动汽车（EV）及便携终端等开发出了可无线供电的非接触供电系统。供电侧及受电侧的距离范围为数10cm1m。传输距离40cm时，传输效率高达95。今后，将把输出功率从目前的数十W提高至数KW，以支持更多类型的终端。 非接触供电系统在电子设备等方面已实现了实用化，但存在传输距离较短、要求设备间准确定位等制约。此次开发的系统由供电侧线圈、受电侧线圈及供电用电力控制装置等构成。
20、即使受电侧线圈的中心轴与供电侧中心轴偏离数10cm时，或者正交配置线圈与线圈时，供电侧也可自动检测中心轴的偏差及环的方向，并可高效供电。 非接触供电方式有电磁感应式及磁共振式，此次的系统采用了该公司此前研究的磁共振式。磁共振式存在供电侧及受电侧位置只要偏差数cm，传输效率就会大幅降低的问题。但采用此次的系统，则可提高装置的配置自由度2007年在杜伊斯堡体育公园举办的划艇世界杯赛，全世界数亿观众通过电视实况转播进行了收看。摄像机需要对比赛全程进行实况转播。法勒所提供的技术满足了转播的要求：法勒的CPS非接触供电技术为实况转播摄像机系统提供了，移动拍摄小车供电、车辆控制以及摄像机自身电源。此外，C
21、PS非接触供电同时也可应用于仓储物流、无尘室或者全自动生产制造行业。可同时实现数据传输以及导向功能。法勒在全球将无人驾驶的运输系统上进行了非接触供电的技术推广应用，全球超过300套CPS非接触供电系统在使用。 法勒的SMG数据微波通讯系统，采用微波铝管通讯，导引小车在行走路径上无延迟传输信号，使得摄像机可以慢速、高速或者停止的抓拍转播赛事。杜伊斯堡项目的特点在于：第一次将CPS以及SMG系统同时应用于重大赛事的高速转播摄像车上。法勒于2007年5月提供了这套CPS和SMG系统，系统分为赛程880M以及终点线后140M两部分。数周后，转播车的钢构安装到位，2个月后调试上线。确保了8月8日的比赛开
22、幕。这套转播系统，包括了CPS控制柜以及延转播路径布置的高频电缆。CPS的取电装置采用了全新的U型取电器，节省了空间。这就意味着取电装置和电气控制同时可装在转播车辆内。非接触供电系统为转播车的变频驱动提供了高效稳定的直流电源。国内发展现状：近日，由首钢国际工程公司自主研发设计和设备成套的国内首例重载非接触式供电运输车，在唐海县首钢长白机械厂进行现场模拟实验并取得了圆满成功，各项运行指标均达到国际先进水平，开创了国内非接触式供电运输技术在冶金产品重载运输领域实际应用的先河。非接触式供电技术是目前国际上推行的最新供电技术，可以有效克服传统的蓄电池、电缆卷筒、电刷等供电方式的诸多缺点，具有对周围环境
23、要求宽松、供电效率高、安全免维护、供电距离长等优点。此前，该项技术在国内仅被应用于包裹处理、分拣货物等轻载运输领域。2009年底，首钢国际工程公司开始探索将该技术应用到冶金行业等重载运输领域。此前，该项技术在国内仅被应用于包裹处理、分拣货物等轻载运输领域。2009年开始探索在冶金行业等重载运输领域的应用，经过近一年多的研发设计，攻克了重载车辆稳定取电、安全防护、自动控制等技术难点，终于研制成功并申报国家专利。据专家介绍，此运输车的最大载重能力可以达到150吨，取电效率最高达97%-98%，可以实现在露天、厂区、车间等不同工况下的长距离全自动稳定运行。其中的三重自动识别防护装置，保证了高速运行过
24、程中的安全问题，可适用冶金、仓储、物流等各种重载运输行业，有很好的市场前景。上个世纪九十年代，新西兰奥克兰大学的Boys教授及他领导的课题组利用电磁感应原理，结合现代电力电子技术的最新发展成果和现代的控制方法，提出了感应耦合电能传输技术，并在此基础上形成了一种全新的电源供应模式即非接触式电源技术，它的出现打破了传统的通过导线直接接触来传送电能的垄断地位，实现了非接触式的电能传输，该种电能传输模式能实现水下等各种恶劣环境下的非接触式电能传输，开辟了能量接入的新纪元。为此，Boys教授获得了新西兰的皇家学会勋章。经过十余年的发展，非接触式的电源技术在不断取得理论进展的同时也在实际运用中验证了该技术
25、的有效性。一下为几个比较成功的机遇ICPT的非接触式感应电能传输技术的实例：（1）2003年在拉斯维加斯举办的国际消费电子产品展上，美国的Mobile Wise和英国的Splash power所展示的无线充电器吸引了包括BBC和CNN在内的众多知名媒体的关注，这种无线充电器可让PDA、手机、数码相机等个人电子消费品脱离大堆电线和传接器的干扰，直接通过感应电能传输对其进行非接触式充电。而且具有较高的性价比，Splashpower公司的能量发射器厚仅6毫米，价值￥100，而能量接收器只有￥0.25（2）上个世纪九十年代，日本的大阪富库公司和新西兰奥克兰大学联合开发的“Ramru”单轨行车系列已经成
26、功运用于许多的材料运输系统中，其中的一种单轨行车导轨线圈长130米，导轨线圈电流为70A,拾取线圈长220毫米，可有效传送750瓦功率的电能。（3）新西兰Whakarewarewa国家地热公园的非接触式充电载人交通工具，为了适应该公园的独特自然环境而采用的非接触式感应充电载人系统能在一小时内搭载600人在1.8公里的范围内欣赏当地的自然景观与历史景观。自从感应耦合电能传输技术概念提出以来，非接触式感应电能传输技术一直处于不断的发展与完善当中，并且与当今的电力电子电能变换技术与单片微机控制技术等结合起来不断取得新的成果，非接触式感应耦合电能传输技术已经成为世界上电能传送领域中最热门的前沿课题之一
27、。国外对于非接触式电能传输发面的研究还处于起步发展阶段，国内于这方面的研究一般限于对逆变器的研究，根据目前所搜集到得资料，其中仅有重庆大学在这方面开展了一定的研究，但是也没有取得突破性的进展。非接触式电能传输技术具有广阔的应用前景，该技术的研究开发将弥补国内的空白，为我国的电能传输、电力电子和电气自动化技术做出巨大贡献。三 这项技术使用的常见技术与电路结构1 CPS的原理和结构传统的变压器是用完整的磁芯连接的初级和次级线圈，变压器的初级和次级处于紧密耦合状态，初级和次级线圈中产生的磁通在磁芯中形成闭合的磁路。CPS与传统变压器结果不同的是其初级和次级线圈之间没有采用完整的磁芯项链，初级和次级课
28、分离且初级和次级可以相对运动，线圈中产生的磁通的极大一部分磁路的介质是空气，初级和次级处于松耦合状态。由图2所示，非接触供电是利用整流器将两相或三相工频交流电源经过整流滤波成直流电源，经过整流滤波后的直流电源将向高频逆变电路的输入端提供，经过逆变电路的高频逆变之后的高频交变电流再经过谐振变换补偿之后输入带初级线圈端，经电磁感应在次级产生相应频率的感应电流，经过蒸馏铝箔及电压电流调节装置的调节后便可向用电设备提供电压、电流参数合适的交流电源，从而完成非接触式电源的整个能量传输过程，电磁能的高频辐射和接受为其核心部分，可以用可分离变压器来实现。由于可分离变压器的缘边绕组和福边绕组是可分离的丙炔可以
29、保持相对静止或运动的状态，并且在物流移动传输领域的CPS系统中，初级线圈通常延伸为一个很长的回路，次级线圈则缠绕在一个开放的磁铁上并围绕着初级线圈，因此可以允许两个线圈之间进行移动。原边绕组可以同时向多个次级线圈辐射电磁能量，为多个负载同时供电，因此，这种系统可适用于不同的应用场合。电网整流高频逆 变ACDC谐振变 换初级线圈次级线圈整流逆变变换执行电机可移动去点装置分离变压器高频交流电2 CPS应用平台的总体研究构建CPS系统应用平台的主要部分包括整流滤波电路、高频逆变电路、分离变压器部分以及电容补偿电路等部分。下面逐一分析下各部分。2.1 整流滤波电路整流滤波电路如图3所示。D1D4这4个
30、整流二极管组成单相桥式整流电路，并联电容C进行滤波。实验病态选用单相220V交流电源作为供电电源，经TDGC2-kVA型号的接触调压器调压后的交流电源作为CPS应用平台的供电电源，调压范围是0220V。整流部分采用了一个DF60BA80型号的整流模块，该整流集成了个整流二极管，组成桥式整流。由于只需要单相整流，因而接输入端子时候只用接2跟线，该整流模块集成了6个整流二极管，组成桥式整流。由于只需要单相整流，亦可作三相整流。考虑到实际应用，在他的下面放置了散热片。滤波电容采用了4个耐压值为450V，容量大小为470uF的电解电容并联而成。经过整流滤波后输出的电压平均值为输入交流电压有效值的1.2
31、倍。交流电ACD1D3D2D4ABC2.2 高频逆变电路部分 整流滤波后得到的直流电需经过高频逆变之后才能向分离变压器的原边供电。这是因为考虑到整个系统的实际情况，通常在CPS系统中，锤击线圈和次级线圈之间的传输介质是空气，由于空气的磁导率很小，因此初级和次级线圈之间处于松耦合状态，漏磁大，耦合系数小。此时初级线圈和次级线圈之间的传输关系就不像传统的变压器一样满足变压器的匝数比的关系，即可分离变压器的原边与副边之间的耦合系数远低于普通的变压器，因此必须设法降低电能传送时的电路损耗，通过高频的交流电，一般在10kHz100kHz的范围内，磁场的变化就回在初级次级之间引起较强的电磁感应，根据电磁感
32、应定律以及楞次定律就可以在次级得到相应的电动势，提高了能量密度，缩小了器件的体积，从而使得非接触的供电传输具有可行性。因此，我们在CPS系统中需要将电网输出的50/60Hz的交流电转化高频交流电。 整个应用平台说有的MOSFET管的驱动电路是是由4个MOSFET的驱动电路组合而成，其中一路PWM波信号驱动两个MOSFET管的通断。在此电路图中，两路PWM互补信号是有DSP发出的，并且设置了死区时间。死区时间的设置可以通过DSP的时间管理器完成，事件管理器的比较单元可以输出两路具有死区时间的互补的PWM信号。通过驱动电路驱动MOSFET管进行工作，4个MOSFET管组成全桥逆变电路，完成逆变的过
33、程。逆变后的交流电频率有PWM波得频率决定。2.3 分离变压器（功率变换器） 分离变压器的作用就是实现电磁能的高频辐射和接受，高频电流经过初级线圈将能量辐射到次级线圈边。分离变压器的初级线圈和次级线圈之间存在空气气隙，可等效为-互感模型进行分析。由于这里的CPS应用平台是针对移动传输领域，考虑到这一点，分离变压器原边部分由两根平行电缆构成，而副边部分在这里则由取电装置构成。拾电器围绕在原边初级电缆周围，拾取电能供应给负载。2.4 电容谐振补偿 补偿电路是指在非接触感应电能传输系统中，为了降低隔离变压器原边开关管的电压电流定额、改善变换器的输出特性加入的电路，通常采取加入补偿电容的方式来实现，为
34、了使传输系统更加稳定、有效，一般而言，原、副边都应进行补偿。补偿的方式可以分为串联补偿和并联补偿两类。2.5 取电装置（拾电器） 在此CPS应用平台中，取电装置就是分离变压器的副边部分。由于所研究的分离变压器原边是由两根电缆构成，基于电磁感应原理，通过取电装置获取高频电缆上辐射出来的能量。因而取电装置的师姐也应该灵活、方便移动。在所研究的CPS应用平台上，次级线圈则缠绕在一个U形的磁芯上，同时次级线圈需要和一块电路板连接，将得到的感应能量进行整流、滤波等处理，最后将经过处理的直流电压供应给负载设备，完成非接触供电的作用。 为了获得较好的实验效果，位置上需将拾电器的U形磁芯部分围住其中的一根初级
35、电缆，而另一根初级电缆放在是拾电器外面，拾电器和电缆之间没有接触。由于原边的两根电缆形成一个回路，因而流过的高频交流电方向相反，基于电磁感应，在拾电器的U型磁芯部分获得的感应电能最强，拾电器可以沿着电缆移动，在移动过程中，将电能不间断的供应给负载，完成移动中的无接触供电。通过实验验证，在此应用平台中，在利用调压器提供不同的交流电压情况下，拾电器提供的电能可以驱动不同功率的直流电机工作。 感应电能传输系统所涉及到的技术问题 感应电能传输技术是通过空气隙的电磁耦合向负载传递能量的一种方法。它利用现代电力电子鞥两交换技术、磁场偶和技术、借助于现代控制理论和手段，实现了能量从静止设备向可移动设备的感应
36、传输。这是多学科交叉的一门技术所涉及的技术很多有高频电磁技术，逆变技术和软开关技术等。 1.1高频变压器技术 随着电力电子电路与系统的高频化(几十 几百千赫 兆赫不等) 在低频下可以忽略的某些寄生参数，在高频下将对某些电路性能(如开关尖峰能量 噪声水平等)产生重要影响。尤其是磁元件的涡流、漏电感、绕组交流电阻 R和分布电容等在低频和高频下的表现有很大不同高频磁元件(如储能电感等)的设计决定了高效率电力电子电路的性能损耗分布和相关波形频率较低时变压器存在较大的可变漏感。因此要提高变压器的频率减少变压器的匝数。电磁场耦合是实现感应电能传输的关键。因此耦合装置的设计也就是此项技术的主要技术问题之一。
37、 结构上来看，目前感应电能传输技术大致分为两类 ：一类是扁平感应线圈系统。这项技术的主要问题是，需要在运行轨道上嵌入线圈需要快速准确的间隙控制及大的磁通耦合面。另一类是滑动绕组变压器系统。 1.2 谐振逆变技术 自从八十年代起，随着大功率半导体开关器件的发展采用大功率半导体器件的谐振逆变器也得到了开发和应用谐振开关技术为降低器件的开关损耗和提高开关频率找到了有效的解决办法，引起了电子领域和工业界同行的极大兴趣和普遍重视。从原理上看这种谐振开关技术可以使器件的开关损耗降到零因而频率的提高不受限制 目前数兆赫兹的谐振开关电源己经问世20MHz 的谐振开关电源也已研制出来 功率密度可达每立方英寸 3
38、050W效率达 80%。 近几年人们致力于研究谐振逆变器，通过提高开关频率而获得逆变器的高能密度即体积小，效率高。谐振逆变器可使半导体器件在零电压和零电流时导通和关断从而减少了开关损耗提高了频率而不增加元器件应力和降低效率。然而，工业上对这种能量转换的应用仅限于一些特殊的领域，还没有大批量生产。原因如下（1） 由于谐振环的存在，增加了逆变器结构的复杂性预测电流电压变化的波形远不如硬开关逆变器那么容易。（2） 控制策略的制定和系统内在稳定性的研究都较复杂（3） 尽管理论上可形成一个环然而，基于谐振技术的逆变器在能量变换中将产生损耗。在某些应用中电流电压的尖峰值可能超过额定值引起更高的导体损耗和逆
39、变器元件的老化。1.3 软开关技术 为缩小功率变换器的体积，提高其功率密度，改善动态特性 高频化是功率变流技术发展的必然趋势，但高频化又会产生新的问题如开关损耗及无源元件的损耗增大高频寄生参数及高频 EMI 问题等。应用各种软开关技术(包括无源无损软开关技术 有源软开关技术)可以减少开关损耗，提高效率。 90年代各种软开关技术，如ZVS/ZCS-PWM, ZVT/ZCT-PWM移相全桥国内学者针对中等功率移相全桥 ZVS-PWM 技术的固有缺点以及应用 IGBT 后的特点，又做了许多改进和研究提出了混合 ZV ZCS-PWM 移相全桥软开关技术。在ZCT-PWM Boost 的基础上的改进研究
40、 得到 ZCT/ZVT PWM 大功率软开关变换器新拓扑使整流管和辅助开关也实现了软开关，提高了电路效率。四 这项技术的优势供电系统作为一种新型的飞机出电能传输系统，以非接触的感应耦合方式可以实现各种功率水平的电能传输。由于其供电端与用电设备相互分离，不存在摩擦与磨损，避免了诸如滑动磨损、接触火花、碳积和导体不安全裸露等所带来的安全隐患，越来越受到一些易燃、易爆的化工、采矿等行业的青梅，也为新型非接触充电设备的设计提供了广阔的发展前景。目前已有电动汽车非接触充电、煤炭有轨运输车、个人剃须刀、个体医学植入等成功应用的报道。且大多集中在针对单个负载情况的电路设计，远赴便的补偿结构，系统的谐振频率与
41、稳定等问题展开研究，以非接触通用供电平台为例研究多负载情况下系统的功率控制问题。一种感应电源系统包括用于为一个或多个感应供电装置提供电力。这种系统包括用于改变初级线圈与次级线圈之间的物理距离或相对方位以便控制供向感应供电装置的电力量的机构。另一方面，本发明的目的在于一种感应电源系统，其具有初级线圈和放置于初级线圈所产生的磁场内的插座。一个或多个感应供电装置随意放置于插座内以便按照感应方式接收来自初级线圈的电力。电源电路包括电路系统，其用于调节供向初级线圈的电力以便根据放置于插座内的感应供电装置的位置和累积特性来对操作进行优化。无线感应充电技术是利用电磁感应原理通过非接触的耦合方式进行电能传递的
42、。应用到多媒体无线设备感应充电装置的结构.主要分为高频激发电路和被充电负载两个部分.两者通过松散的感应圈耦合，其基本原理是：从电网上的交流电路你变成高频交流电，然后经过感应耦合器的初级耦合到次级，由高频整流电路整流后变换成直流，为电池充电.供电电路，其功能是提供谐振变换器电路需要的+30V直流，以及控制电路的15V与5V辅助直流电源.30V直流直接由交流24V变压器从电网降压整流滤波供给，15V和5V分别有LM317和LM805产生。五 感应供电的未来设计师菲利普Siebourg已拿出一个磁悬浮列车的概念，承诺让城市更美好的居住地英寸的感应动力汽车（疫苗） ，作为英国设计师要求他的汽车，没有引
43、擎。它运行在一个感应供电系统。因此，唯一需要的车辆是一个综合性磁铁。铁路系统产生的磁场。磁铁响应和车辆开始进入预定的方向发展。该疫苗具有优势的电动车，因为它并不需要的能源载体，如电池。.它也并不需要的电动发动机，使车辆更具成本效率。车辆载的只是四个轮子，身体壳，外壳和内部的磁铁。有了这个系统有没有车辆允许在城市中心再摆脱的有害排放物的车辆，内燃机。将有一个更好的城市空气。由于车辆运行的感应系统，没有驱动程序需要。您可以输入该车辆仅仅来自一个方面-安全方面对路面。用户可以订购疫苗移动设备，如出租车，并进入他们想要的地方去。预计抵达时间或剩余时间显示在您的移动设备。您可能可以为了自己的车，也可以分
44、享您的车辆与其他乘客。未来车辆允许通勤以及居民享受洁净的城市空气到达时放松工作-或回到家里！该疫苗是要去是必要的未来，尤其是当越来越多的人进入城市地区的生活或谋生。感应电能传输思想提出以来，在最近十多年的发展中，已经在发达国家许多领域获得了越来越广泛的应用。2001年以来，国内一些单位也开展了相关研究，并取得了部分应用，但总体上我国与新西兰、美国、日本等国技术水平仍有不小的差距。目前，国内外的研究主要集中在改善电路的传输效率和适用范围上，存在的技术问题主要有：对于高频、大功率条件下能量损耗突出的问题没有解决好;负载以及电路参数的变化与电路频率间的匹配问题；电路的智能控制以及能量和信号的结合问题
45、；松耦合变压器理论分析以及实用系统设计等。 由于感应耦合电能传输技术本身处于理论和应用逐渐发展进步的过程，并没有成熟的设计准则。在本课题的研究过程也出现一些情况，需要进一步进行研究：1、 由于软件仿真和实际系统的差异性，在利用Simplorer进行仿真研究时，应当建立尽可能逼真的模型，本文何总建立的模型有较大的近似性；2、 仿真结果对实验系统具有重要指导意义，但不能被夸大，实际平台进行的硬件调试过程也极为重要，本系统实现的效率偏低，有待进一步提高；非接触供电技术的应用可有效克服传统供电方式诸多缺点，因而具有巨大的市场需求和研究价值。在未来几年里，随着电力电子、电子变压器、新型电磁材料技术和现代
46、工业的发展，感应耦合电能传输技术必将取得长足的进步并应用于越来越多的领域，发挥更加重要的作用。 六 总结 感应供电是一门新兴的技术，它客服了传统供电方式的固有弱点，通过非导体接触的方式从电源向负载提供电能，具有安全、灵活、绿色等特点，对环境的亲和力好，适应能力强，能做到免维护或地维护运行，非接触式电源技术在移动电气领域中的应用将解决传统的滑、滚动取电方式所带来的高频电磁污染、结构磨损、灵活性差等问题，尤其是在一些存在易燃易爆气体、粉尘等的特殊场合，如地下煤矿、加工车间等，非接触式电源完全杜绝了接触电火花的存在，给安全供电提供了切实的保障。因此，非接触式电源技术在工矿企业，电气化交通工具如电气公
47、交车、电动汽车、电动火车等，人体内植式医疗电子设备及室内用电设备的灵活供电等方面具有广阔的应用前景，非接触式电源技术的发展与成熟将作为能量传输领域中的又一次技术革命，对未来的工业产生巨大的影响。 非接触式感应耦合电能传输技术作为一种新型的电能传输技术，自20世纪80年代提出这一技术概念以来已有近二十年的历史，目前国外的在方面进行的研究工作比较多，但其真正的产品实用到实处的为数不多；国内对于非接触式电能传输技术的研究还处于起步阶段。探索松耦合变压器的结构及频率与电能传输效率的关系，在保证能可靠工作的情况下进一步提高电能传输效率、扩大电能传输容量、进行电能与信息的混合传输等等。 感应耦合电能传输技
48、术是一项近年来日益受到重视的新型能量传输技术，吸引了越来越多的研究者，其理论和应用范围都已经逐渐扩大，从而成为电力电子及相关技术新的研究热点。目前该技术在水下领域应用不多，仅有关于利用感应耦合凡是进行通讯的研究，众多水下用电装置并没有采用非接触方式供电。参考文献1 张峰，王慧贞.非接触感应能量传输系统中松耦合变压器的研究.电源技术应用,2007,4（4）：54-582 刘建，王慧贞.松耦合全桥谐振变换器的传输特性研究.开关电源技术 2007,7:3-73 莫轶 多媒体无线设备感应充电装置设计 南华大学 2010,064 徐磊 并联谐振型非接触通用供电平台设计与实现 郑州大学 2006,055 欧阳红林 杨民生 基于DSP的非接触式电源系统
