基于磁耦合谐振式的35kV及以下线路无线传能系统设计及仿真研究

摘要

高压线路上温度在线监测装置，巡检机器人，视频摄像头等检测设备在杆塔或架空线上，其供电问题成为目前高压线路在线监测亟待解决的重要问题之一。本文所研究系统采用感应取能与磁耦合谐振式无线电能传输技术相结合为高压在线监测设备供电，将电能通过空间磁场转换供给在线监测设备，使其能连续供电，解决了长期大量更换电池的资源及人力浪费的问题，保证了高可靠性、稳定性供电。
　　本文首先对高压线路无线传能系统进行机理分析，分别对取能装置和磁耦合谐振式传能系统进行传输机理分析，并分别建模，对于磁耦合谐振式传能系统采用两种不同理论建模，并分析了其等效性以及系统的品质因数对磁耦合谐振式无线电能传输系统的影响。
　　再根据系统模型对35kV以下线路的无线传能系统进行优化设计。针对35kV线路下的电流分布特点对系统取能装置进行了取能互感器的参数优化设计，对高频电源方案进行优选，针对35kV线路的安全距离确定了系统的传输距离，采用了优化的谐振线圈结构:带有负载增强线圈的拓扑结构，对线圈选型、尺寸、匝数进行了优化设计，对后端整流稳压负载匹配电路进行了设计，给出了完整的整流稳压电路的原理图。
　　最后根据设计搭建了一套实验系统并对磁耦合谐振式无线传能系统的传输距离特性、谐振器偏移特性、谐振器磁场做了仿真与实验分析，论证了其在高压线路上运行的可行性。最后结合设计的整流稳压电路进行长时间带载实验。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．2 无线电能传输方式分类

1．3 国内外发展现状

1．3．1 磁耦合谐振式无线电能传输技术国内外研究进晨

1．3．2 高压取能技术国内外研究进展

1．4 本文主要研究内容

第2章 高压线路无线传能系统机理分析

2．1 高压取能装置机理分析

2．2 磁耦合谐振式无线传能系统机理分析

2．2．1 耦合模理论

2．2．2 耦合模理论模型

2．2．3 电路互感理论与建模分析

2．2．4 基于两种理论的模型分析对比

2．3 本章小结

第3章 高压线路无线传能系统原理与设计

3．1 系统结构

3．2 35kV线路高压取能装置设计

3．2．1 铁芯工作区域选择

3．2．2 铁芯选型设计

3．2．3 取能互感器结构设计和匝数计算

3．2．4 本文的实验系统

3．3 35kV线路高压线路传能系统设计

3．3．1 高频电源系统设计

3．3．2 谐振器优化设计

3．3．3 整流稳压匹配电路设计

3．4 本章小结

第4章 高压线路无线传能系统实验研究

4．1 实验系统介绍

4．2 传输距离实验研究

4．2．1 距离与功率、效率的理论分析

4．2．2 实验验证

4．3 谐振器相对位置实验研究

4．3．1 谐振器信转偏离仿真分析

4．3．2 实验分析

4．4 谐振器磁场研究

4．4．1 谐振器介质对磁场的影响

4．4．2 实验验证

4．4．3 谐振器工作于高压线路周围时高频磁场研究

4．5 整流稳压实验研究

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 论文所做工作总结

5．2 工作展望

致谢

参考文献

在学期间取得的研究成果