无线传能.doc

目 录 论文总页数：页 1 引言 1 1.1 课题研究背景和意义 1 1.2 非接触电能传输技术的发展历程 1 1.3 非接触电能传输技术的国内外研究现状以及应用前景 2 1.3.1 短程无线供电 2 1.3.2 中程无线供电 3 1.3.3 远程无线供电 3 2 无线电能传输技术理论与系统结构框图 4 2.1 电磁感应电能传输技术 4 2.2 射频电能传输技术 8 2.3 微波电能传输技术 8 2.4 电磁谐振电能传输技术 9 3 充电电池以及电池充电方式介绍 10 3.1 常见充电电池类型及其介绍 10 3.1.1 铅酸蓄电池 10 3.1.2 镍镉电池与镍氢电池 10 3.1.3 锂（Li）离子电池 11 3.2 充电电池充电方案 11 3.2.1 恒定流充电方案 11 3.2.2 恒定压充电方案 12 3.2.3 恒压恒流充电方案 12 3.2.4 脉冲充电方案 13 3.2.5 交替脉冲充电方案 13 4 系统硬件电路设计方案 14 4.1 电路系统框图 14 4.2 初级电能发射电路设计 15 4.2.1 整流滤波电路 15 4.2.2 系统电源电路 15 4.2.3 高频逆变及其驱动电路 16 4.2.4 单片机控制电路 17 4.2.5 电流采样电路 19 4.2.6 电容调谐电路和感应线圈结构 20 4.3 次级电能接收电路设计 21 4.3.1 次级互感整流及其过压保护电路 21 4.3.2 次级侧直流稳压电路 22 4.3.3 电池充电管理电路 22 4.3.4 电流检测及自恢复过流保护电路 24 5 实物制作以及实验测试数据 26 5.1 实物制作 26 5.1.1 硬件实物制作 26 5.1.2 软件程序设计 26 5.2 实验测试数据 27 5.2.1 对电池充电电压电流 27 5.2.2 初级侧线圈上电压波形图 28 5.2.3 次级侧线圈上电压波形图 29 5.2.4 充电测试方法及充电效率 30 5.2.5 互感线圈距离对充电效率影响 30 结 论 30 参考文献 31 致 谢 32 声 明 33 附 录 34 1 引言 1.1 课题研究背景和意义 众所周知，目前的电能传输主要还是通过导线或导线间相互连接进行传输的。大多的用电设备的充电方式也主要是通过有线充电设备对用电设备进行充电，但是在对大功率用电设备进行充电时，会存在高压触电的危险，而且传输导线容易受到腐蚀损坏、在传输电能的时候还受到环境气候的影响，并且由于存在摩擦和磨损，系统的安全性、可靠性及使用寿命降低，特别是用电设备是使用在在化工、采矿等一些易燃、易爆和水下作业领域的时候，极易引发安全事故。 在目前有很多的移动用电设备，在给这些移动设备如地铁、煤矿井下运输车等设备进行供电时，目前还主要采取三种方式提供电源：(1)采用牵引电缆的方式供电。缺点是该供电方式传输电能的距离有限，不能满足长距离传输，牵引电缆容易出现线路损坏带来安全隐患；(2)蓄电池供电。但是采用蓄电池供电需要昂贵的充电设备，且蓄电池需要进行经常更换和维护，使用成本高，并且传输电能有限；(3)滑动接触方式供电。滑动供电对材料要求高，因为滑动对导轨等产生磨损，并且滑动供电时接触点上产生火花，碳积，接触点导体裸露等容易发生安全事故。这些不仅限制了设备的移动速度，而且还会影响设备的使用寿命，严重时可能要停产进行设备的检修和维护，造成巨大的经济损失[1]。 鉴于上述存在的问题，可以显现出提出非接触能量传输技术的重要性。该技术是为了弥补以上这些供电方式的不足而发展起来的基于感应能量传输原理的一种新技术。非接触能量传输系统（Contactless Energy Transmission System，CETSW?C?Brown）做了大量的无线电能传输研究工作，从而奠定了无线电能传输的实验基础，使这一概念变成了现实。在实验中设计了一种效率高、结构简单的半波电偶极子半导体二极管整流天线，将频率2.45GHz的微波能量转换为了直流电。1977年在实验中使用GaAs-Pt肖特基势垒二极管，用铝条构造半波电偶极子和传输线，输入微波的功率为8W，获得了90.6%的微波——直流电整流效率。后来改用印刷薄膜，在频率2.45GHz时效率达到了85%。Brown实验获得成功以后，人们开始对无线电能传输技术产生了兴趣。1975年，在美国宇航局的支持下，开始了无线电能传输地面实验的5a计划。喷气发动机实验室和Lewis科研中心曾将30kW的微波无线输送1.6km，微波——直流的转换效率达83%。1991年, 华盛顿ARCO电力技术公司使用频率35GHz的毫米波，整流天线的转换效率为72%