非接触式松耦合感应电能传输系统原理分析与设计

摘要：给出了非接触式松耦合感应电能传输的基本原理，讨论了影响系统电能传输的关键因素。针对不同的应用场合，对原副边进行了补偿设计，提高电能传输效率和减小供电电源的电压电流定额。并对系统稳定性和可控性问题进行了讨论。最后，基于以上分析，给出非接触式松耦合感应电能传输系统的一般设计方法。

关键词：非接触式；感应电能传输；松耦合；系统设计

引言

接触式电能传输通过插头—插座等电连接器实现电能传输，在电能传输领域得到了广泛使用。但随着用电设备对供电品质、安全性、可靠性等要求的不断提高，这一传统电能传输方法所固有的缺陷，已经使得众多应用场合不能接受接触式电能传输，迫切需要新颖的电能传输方法[1]。

在矿井、石油钻采等场合，采用接触式电能传输，因接触摩擦产生的微小电火花，就很可能引起爆炸，造成重大事故[2]。在水下场合，接触式电能传输存在电击的潜在危险[3]。在给移动设备供电时，一般采用滑动接触供电方式，这种方式在使用上存在诸如滑动磨损、接触火花、碳积和不安全裸露导体等缺陷[4][5]。在给气密仪器设备内部供电时，接触式电能传输需要采用特别的连接器设计，成本高且难以确保设备的气密性[6]。

为了解决传统接触式电能传输不能被众多应用场合所接受的问题，迫切需要一种新颖的电能传输方法。于是，非接触式感应电能传输应运而生，成为当前电能传输领域的一大研究热点。本文首先给出了这种新颖电能传输方法的基本原理，分析了影响系统电能传输的关键因素；接着围绕着提高系统电能传输效率和减小供电电源的电压电流定额的要求，针对不同应用场合，对原副边进行了相应的补偿设计；对系统的稳定性和可控性问题进行了讨论。最后，基于以上分析，给出非接触式感应电能传输系统的一般设计方法。

1非接触式感应电能传输系统

非接触式感应电能传输系统的典型结构如图1所示。系统由原边电路和副边电路两大部分组成。原边电路与副边电路之间有一段空隙，通过磁场耦合相联系。原边电路把电能转换为磁场发射，经过这段气隙后副边电路通过接受装置，匝链磁力线，接受磁场能量，并通过相应的能量调节装置，变换为应用场合负载可以直接使用的电能形式，从而实现了非接触式电能传输（文中负载用电阻表示以简化分析）。磁耦合装置可以采用多种形式。基本形式如图2(a)原边绕组和副边绕组分别绕在分离的铁芯上；图2(b)原边采用空芯绕组，副边绕组绕在铁芯上；图2(c)原边采用长电缆，副边绕组绕在铁芯上。

图3给出磁耦合装置采用耦合电感模型的系统等效电路图。原副边磁耦合装置的互感记为M。

设原边用于磁场发射的高频载流线圈通过角频率为ω，电流有效值为Ip的交流电。根据耦合关系，副边电路接受线圈中将会感应出电压

Voc=jωMIp（1）

相应的，诺顿等效电路短路电流为

式中：Ls为副边电感。

若副边线圈的品质因数为Qs，则在以上参数下，副边线圈能够获得的最大功率为

从式(3)可以看出，提高电能传输的大小可以通过增大ω，Ip，M和Qs或减小Ls。但受应用场合机械安装和成本限制，LCIPT系统中，M值一般较小，而且一旦磁耦合装置设计完成后，M和Ls的值就基本固定了。能够作调整的是乘积量(ωIp2Qs)。从工程设计角度考虑，在参数选择设计中，Qs一般不会超过10，否则系统工作状态将对负载变化、元件参数变化和频率变化非常敏感，系统很难稳定。由此对传输电能大小调节余度最大的是乘积ωIp2。从该关系式可见频率与发射电流的关系：提高频率ω，可以减小原边电流Ip，反之亦然。在传输相等电能及其它相关量不变情况下，采用高频的LCIPT系统与采用低频的LCIPT系统相比，所需的发射电流大大降低，电源变换器电流应力及系统成本大大降低。因而LCIPT比较适合采用高频系统。但限于目前功率电子技术水平和磁场发射相关标准，系统频率受到限制。根据应用场合的不同，系统采用的频率范围一般在10kHz～100kHz之间。

图4

2系统补偿

2.1副边补偿

在松耦合感应电能传输系统中，若副边接受线圈直接与负载相连，系统输出电压和电流都会随负载变化而变化，限制了功率传输。

为此，必须对副边进行有效的补偿设计。如图4所示，基本的补偿拓扑有电容串联补偿和电容并联补偿两种形式。

输出功率为

输出功率为

式中：Isc为副边短路电流。

为使副边谐振频率为系统频率，补偿电容的取值应满足式(5)和式(7)中的虚部为零。

在松耦合感应电能传输系统中，副边电路对原边电路的工作的影响，可以用副边电路反映至原边电路的反映阻抗Zr来表示。

表1原副边采取不同补偿拓扑时的补偿电容及反映阻抗值

副边补偿拓扑

副边补偿电容Cs值

副边电路反映至原边的阻抗

电阻

电抗

电容串联补偿

1/(ω02Ls)

(ω02M2)/R

电容并联补偿

1/(ω02Ls)

(M2R)/Ls2

－(ω02M2)/Ls

2.2原边补偿

LCIPT系统中，原边载流线圈中流过有效值较高的高频电流，可直接采用PWM工作方式的变换器获得这一高频电流，变换器的电压电流定额较高，系统成本高。为此，必须采取必要的补偿措施，来有效降低变换器电压电流定额。与副边补偿相似，根据电容接入电路的连接方式，也可采用串联补偿和并联补偿两种基本补偿电路。

在电容串联补偿电路中，电源的负载阻抗为

电容电压补偿了原边绕组上的电压，从而降低了电源的电压定额。

在电容并联补偿电路中，电源的负载导纳为

电容电流补偿了原边绕组中的电流，从而降低了电源的电流定额值。设计时保证式（10）和式（11）的虚部在系统谐振频率处为零，可以有效降低电源的电压电流定额，使得电压电流同相位，输入具有高功率因数。其结果列于表2中。

原边采取何种补偿电路，对应用场合的依赖性很大。当原边采用较长电缆时，电缆端电压会很高，适合采用串联补偿，降低电源电压应力；当原边采用集中绕组时，为了磁场发射需要，一般要求较高电流，适合采用并联补偿，降低电源电流应力[7]。

3系统稳定性和控制

LCIPT系统中，原副边都采用电容补偿时，系统是一个四阶系统，在某些情况下，会出现分歧现象[8]。特别是在原边电路的品质因数Qp比副边电路的品质因数Qs小，或两者相当时，系统很可能不稳定，此时必须对系统进行透彻的稳定性分析。同时，在LCIPT系统中，控制方案的合理选择对系统稳定和电能传输能力非常关键。目前，常采用两种基本控制方案：恒频控制和变频控制[9]。

恒频控制有利于电路元件的选择，但恒频控制对应的问题是，电路实际工作中电容不可避免地会因为损耗产生温升，导致电容量下降，副边实际工作谐振频率会升高，原副边电路不同谐，使得电能传输受损[10]。变频控制可以通过实时控制原边谐振频率，使其跟踪副边谐振电路频率，使得原副边电路同谐，获得最大电能传输。但在变频控制中，电源输入电压和输入电流相角与频率之间的关系很可能出现分歧现象，引起系统不稳定。为此，必须对原副边的品质因数加以严格限制。

4LCIPT系统设计

对于紧耦合感应电能传输系统，原副边的电能关系可以近似用原副边匝比变换关系来表示，因而其系统设计可以分为三个独立部分：原边电路、紧耦合磁件、副边电路，分别进行设计。紧耦合磁件的设计也有较成熟的设计步骤可依。

但在松耦合感应电能传输系统中，原副边电路的工作依赖性很大，如式(3)所示，原副边的电能传输关系由多个变量决定，这些变量必须根据现有功率电子水平，及相关设计经验初选一些值，然后根据相关公式进行下一步计算，确定参数。在整个设计过程中，所出现的多个变量都必须进行选择，而这些变量并非孤立的，而是相互之间都存在着一定的制约关系。因而，松耦合感应电能传输系统的设计比紧耦合感应电能传输系统要复杂得多。这里把松耦

合感应电能传输系统中出现的每个变量的含义，及选取方法做一说明，并绘成相应的流程图，如图5所示，以便理解。设计步骤如下。

4.1选择频率

选择系统工作频率是LCIPT系统设计的第一步，从式(3)可以看出，频率大小的选取，与电源的复杂程度、成本及系统电能传输大小有密切关系。要综合考虑应用场合对系统体积重量要求、目前功率电子水平及相关系统的设计经验来选取频率。就目前功率电子水平及系统成本考虑，选择10kHz～100kHz之间的频率比较合理。随着功率电子水平的不断进步，系统频率可望进一步提高，从而使得系统体积更小、重量更轻。

4.2选择松耦合感应装置

紧耦合感应装置（如广泛采用的变压器）的结构一般受限于现有的铁芯结构，因而结构形式有限。但松耦合感应装置却不受铁芯结构限制，根据各种应用场合的需要，可能会出现多种结构形式。在很大程度上，这些松耦合感应装置要依靠相关的设计经验来选择。确定松耦合感应装置结构后，要标定一些基本的参数，如原副边线圈电感量、耦合系数、互感等。

4.3选择原边电流Ip

在LCIPT系统中，传输电能大小、原边电源变换器的成本都与用于磁场发射的原边电流Ip直接相关。一般从相对较小的电流值开始选取Ip，从而对应电源的低电流应力。若经计算后，这一Ip电流值不满足系统电能传输要求，可进一步增大电流值，再进行计算验证，直至系统设计满足要求。

4.4确定(VocIsc)值

根据所选择的电磁装置，在原边电流为所选Ip时，测试出副边接受线圈的开路电压Voc 和短路电流Isc。确定这一乘积(VocIsc)也可以用一个与设计的接受线圈同匝数的小尺寸接受线圈来完成，避免因为接受线圈电流定额不够而返工。当然，也可采用相应的电磁场仿真软件包进行模拟设计。但仿真设计过程比较复杂[11]。

4.5确定副边补偿

4.5.1副边补偿等级

副边电路不加补偿时，负载能够获得的最大功率传输等于(VocIsc/2)[11]。如果负载所需功率值超过这一值，则副边需要采用补偿电路，副边电路的品质因数可用式（12）计算。

式中：P为至负载的传输功率。

从而副边所需要的V·A定额为

如果副边实际的VA定额高于式(13)的计算值，系统就可以传输所需的功率。反之，该设计不能传输所需功率P，必须对设计作出相应的调整来增加功率传输能力。一般可以考虑以下4种途径：

——加粗接受线圈绕组线径或增大铁芯截面积；

——增大原边电流；

——改进电磁装置的耦合程度，提高互感值M；

——适当提高系统频率。

第1种方案增加了副边的成本；第2种方案增加了原边的成本；第3种方案增加了松耦合感应装置的成本；第4种方案受现有功率电子技术的限制。实际设计中，应综合考虑性能和成本选择性价比最好的方案作为最优设计。

4.5.2副边补偿拓扑

当副边VA定额满足设计要求后，下一步就应当确定副边补偿具体采用的拓扑形式。补偿拓扑的选择依赖于具体的应用场合。并联补偿对应电流源特性，适合于电池充电器等场合；串联补偿对应于电压源特性，适用于电机驱动供电等场合。

4.6确定原边补偿

副边补偿设计完成后，设计原边补偿。根据已知的原边电流和松耦合感应装置原边绕组电感量，可以确定原边绕组端电压。从而计算出原边VA定额，用实际传输功率除以这一VA 定额，可以得到原边品质因数Qp的大小。如前所述，原边补偿电路形式也取决定于应用场合。当原边采用较长电缆时，适合采用串联补偿；当原边采用集中绕组时，适合采用并联补偿。

4.7系统稳定性和控制性核查

最后一步要对系统稳定性和控制性进行核查，这是系统能否在实际应用场合被采用的最关键的一步。如上所述，若Qplt;Qs必须对系统进行透彻的稳定性分析。若系统不能保证在所有工作情况下控制稳定，就必须对系统参数进行调整。常用的方法包括增大原边电流、改进松耦合感应装置的结构或改变系统频率等。

5结语

文中给出了松耦合感应电能传输的基本原理，基于系统补偿设计和系统控制问题的讨论，给出了松耦合感应电能传输系统的一般性设计方法，这一系统的设计在很大程度上依赖于设计者对各设计参量之间相互依赖关系的理解，需要特别注意的是在各参数设计完成后，要对

整个系统的稳定性和可控性进行全面的考察，确保系统设计的有效性。

毕业设计(论文)开题报告-无线电能传输装置的硬件设计

本科毕业设计论文 开题报告 题目：电能无线传输装置的硬件设计 作者姓名 指导教师 专业班级 学院信息工程学院 提交日期

电能无线传输装置的硬件设计 姓名：专业班级： 1 课题研究背景及意义 人类社会自第二次工业革命以来，便进入了电气化时代。大至遍布世界各地的高压线、电网，小至各种各样的家用电气设备，传统的电能传输主要通过金属导线点对点，属于直接接触传输。这种传输方式使用电缆线作为媒介，在电能传输的过程中将不可避免的产生一些问题。例如尖端放电、线路老化等因素导致的电火花，不仅会使线路损耗增大，还会大大降低供电的可靠性和安全性[1]，且会缩短设备的寿命。在油田、钻采矿井等场合，用传统的输电方式容易由于摩擦而产生微小电火花，严重时甚至引起爆炸，造成重大的事故。在水下，导线直接接触供电还有电击的危险[2-4]。这一系列的问题都在呼唤着一种摆脱金属电缆的电能传输方式，即无线电能传输。无线电能传输（WPT）是一种有效的新型电能传输方法，通过无线电能传输，不需要使用电缆或其他实物就能进行电能的传输，电能可以通过短距离耦合，中等范围的谐振感应和电磁波感应传输，在很难使用传统电缆的地方也可以实现电能传输[5]。实现无线电能传输，将使人类在电能方面的应用更加宽广和灵活。电能的无线传输技术将开辟人类能源的另一个新时代,给大众带来非同凡响的意义和影响根据传输原理的不同。 无线电能传输方式按传输原理的不同可分为电磁感应式、电磁共振式以及电磁波辐射式三种。作为无线电能传输的三种主流方式，它们都有各自的优势与不足。一般来说，电磁感应技术比较具有实现性，且已应用于当前各种电子产品，它的优点是能量的传输效率较高，但存在传输距离短，发热大，线圈对准困难等问题；电磁波传输能够实现远距离传输，但是现阶段效率过低，另一方面传输过程中的介质也会对电磁波产生影响；磁耦合谐振无线电能传输中和了上述两种传输方式，具有中中等距离传输和较高效率的特点，因而受到的关注较多。

感应耦合电能传输连续供电的电动汽车

感应耦合电能传输连续供电的电动汽车 Zeljko Pantic, Sanzhong Bai and Srdjan M. LukicFREEDM System Center North Carolina State University Raleigh NC 27695, USA {zpantic, sbai, smlukic} @https://www.wendangku.net/doc/3a8052665.html, 摘要: 经济和环境的主要问题是激励发展高效和可持续的电城市交通车辆。电动汽车（EV）相比混合动力车和汽油车有两个主要的优点：消除汽车尾气排放和简化传动系统。然而，当电动汽车配有目前最先进的能源存储有一个有限的范围之间的补给。为了减少的能量存储的局限性技术，我们提出了使用电感耦合功率传输（ICPT）供电的车辆，当汽车移动的时候。ICPT是一门在电源和负载之间没有物理连接的传输功率的有效技术。在本文中，我们探讨在ICPT要求下两种类型的车辆与ICPT系统结合的操作。第一辆车使用电池作为初级和ICPT作为辅助能源电动汽车供应源。我们的目标是达到300英里的覆盖范围。第二辆采用电化学电容器（超级电容器）作为电源和ICPT作为能量源。我们的目标是提供无限制的车辆。结果是电池系统的可行性分析对于不同的ICPT和超级电容器的的ICPT组合驾驶条件和车辆以及粗糙的评价预期的长度和轨道ICPT的最佳位置，指定驾驶循环。 关键词：电动汽车；电化学电池；电感耦合功率传输；超级电容器 命名： L cyc 一个驱动周期的总长度 L sect,min ICPT部门最小长度 L ICPT,min 车辆足够的能量支持下ICPT允许的最小总长度（电池/电能传输的情况下） L ICPT ICPT优化后的一个实际长度优化参数（电池/电能传输的情况下） t ICPT,min ICPT能量转移EICPT必要提供的最小时间（电池/ ICPT的情况） I batt,max 允许的最大放电电流（电池/电能传输的情况下） I batt,set 电池放电电流的实际值–优化参数（电池/电能传输的情况下） ηICPT ICPT的电源转换效率 P ICPT ICPT的轨道电源的额定功率 E req 在驾驶车辆的总能量的要求周期（电池/ ICPT的情况） E batt 一个SOC = 100%电池的总能量 E ICPT ICPT能源在一个周期的贡献（电池/电能传输的情况下）

无线电能传输装置

目录 1系统方案 (2) 1.1系统总体思路 (2) 1.2系统方案论证与选择 (2) 1.2.1 电源模块论证与选择 (2) 1.2.2驱动模块论证与选择 (2) 1.2.3线圈的论证与选择 (2) 1.2.4整流电路的论证与选择 (2) 1.3系统总体方案设计 (3) 2理论分析与计算 (3) 2.1 TL494应用原理 (3) 2.2 IR2110原理 (3) 2.3 无线传输原理 (4) 2.4 计算公式 (4) 3电路设计 (4) 3.1电源模块（图3） (4) 图3 电源模块 (5) 3.2驱动模块（图4） (5) 3.3传输模块（图5） (5) 4测试方案与测试结果 (6) 4.1测试方法与仪器 (6) 4.2测试数据与结果 (6) 4.3数据分析与结论 (7) 参考文献 (8)

无线电能传输装置（F题） 1系统方案 1.1系统总体思路 由题我们设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，且用空心线圈制作了直径为20cm的发射和接收线圈；利用信号发生电路将输入的直流15V电转化为PWM脉冲信号，通过驱动电路产生交变电流，对发射线圈进行供电，线圈利用磁耦合谐振式原理，将电能无线传输到接收线圈端，最终在接收线圈端产生电流，达到无线电能的传输的要求。 经过几天的测试，制作出了传输效率达38.3%，x的值最大为26 cm的磁耦合谐振式无线电能传输装置。 1.2系统方案论证与选择 1.2.1 电源模块论证与选择 方案一：利用双电源，直接对电路进行供电。 方案二：利用单电源，再接入PWM控制器芯片TL494固定频率的脉冲宽度调制电路，能够有效地将直流电转换为高频脉冲。 TL494芯片的功耗低，构成的电路结构简单，调整方便，输出电压脉动小；且IR2110 的电路无需扩展，使电路更加紧凑，工作可靠性高，附加硬件成本也不高，为获取死区时间，可由基本振荡电路、与门电路构成，为方便我们选用TL494，选择方案二。 1.2.2驱动模块论证与选择 方案一：利用三极管对无线电能传输装置进行驱动，可以比较经济地进行驱动。 方案二：使用两个IR2110对无线电能传输装置进行驱动，因其15V 下静态功耗仅116mW输出的电源端电压范围10～20V,工作频率高，可达500kHz，能够很好地满足线圈进行电能传输的需要。 考虑到线圈所需谐振频率较高，而三极管的通断不是那么灵敏，所以选择较为灵敏的场效应管，又考虑到电路的简便，则选择方案二。 1.2.3线圈的论证与选择 方案一：利用单层同心圆平面绕组，但其输出的频率很高对电容要求过高。 方案二：利用多层绕组。 考虑到多层绕组的频率相对稳定，它对谐振电容的要求较低，还有它对线圈的磁场干扰较小，并且它的电能传输效率能够达到标准，因此选择方案二。 1.2.4整流电路的论证与选择 方案一：二极管半波整流。利用二极管的单向导电性，二极管承受反压大，很有可能会烧毁二极管，直流电源输入时，不能构成放电回路，不适用于本电路。 方案二：桥式整流。四只整流三极管D1~4 和负载电阻RL组成。四只整流三极管接成电桥形式。桥式整流电路克服了全波整流电路要求变压器次级有中心抽头和二极管承受反压大的缺点，且成本低，效率高，适用于各种电路。 考虑到半波整流对电能的损失，我们选择的损失较小的全波整流，因此选择方案二。

接触网的供电方式及其供电示意图

接触网的供电及其供电示意图 一、接触网的供电方式 接触网是架设在铁路线上空向电力机车提供电能的特殊形式的输电线路。电能由地方电力网输送到铁路牵引变电所后，经主变压器降压达到电力机车正常使用所需电压等级，再由馈电线将电能送至接触网。电力机车靠从接触网上获取电能以提供牵引动力，保证列车运行。 目前，我国电气化铁道干线上牵引变电所牵引侧母线上的额定电压为27．5kV(自耦变压器供电方式为2×27．5kV)，接触网的额定电压为25kV，最高电压为29kV。在供电距离较长时，电能在输电线路和接触网中产生电能损耗，使接触网末端电压降低。但接触网末端电压不应低于电力机车的最低工作电压20kV，系统在非正常运行情况(检修或事故)下，机车受电弓上的电压不得低于19kV，所以两牵引变电所之间的距离一般为40～60km，具体间距需经供电计算确定。 电压从牵引变电所经馈电线送至接触网，流过电力机车，再经轨道回路和回流线，流回牵引变电所。应该指出：由于轨道和大地间是不绝缘的，在电力机车的电流流到轨道以后，并非全部电流都沿着轨道流回牵引变电所。实际上有部分电流进入大地，并在地中流回牵引变电所。这种由大地中流经的电流称地中电流(又称泄漏电流或杂散电流)。牵引变电所向接触网正常供电的方式有两种：单边供电和双边供电。如图1—3—1所示。 图1-3-1 电气化铁道供电系统 1—发电厂；2—区域变电所；3—输电线；4—分区亭；5—牵引变电所 6—接触线；7—轨道回路；8—回流线；9—电力机车；10供电线

1.单边供电 两个牵引变电所之间将接触网分成两个供电分区(又称供电臂)，正常情况两相邻供电臂之间的接触网在电气上是绝缘的，每个供电分区只从一端牵引变电所获得电能的供电方式称为单边供电。单边供电时，相邻供电臂电气上独立，运行灵活；接触网发生故障时，只影响到本供电分区，故障范围小；牵引变电所馈线保护装置较简单。这是中国电气化铁道采用的主要形式，乐昌供电车间也在用这种供电方式。 2.双边供电 若两个供电分区通过开关设备，在电路上连通，两个供电分区可同时从两个牵引变电所获得电能，这种供电方式称为双边供电。双边供电可提高接触网电压水平，减少电能损耗。但馈线及分区亭的保护及开关设备都教复杂，因此，目前采用较少。 3.越区供电 单边和双边供电为正常的供电方式，还有一种非正常供电方式(也称事故供电方式)叫越区供电，如图l一3—2所示。 图1-3-2 区域供电示意 1—故障牵引变电所；2—越区供电分区 由于越区供电的供电量大大伸长，如果列车运行数量相同的情况下，则延伸供电臂的末端电压就会大大降低，倘若低于电力机车允许最低工作电压时，将造成机车不能运行，这是不允许的。因此，越区供电只能保证客车或重要货车通过，是作为避免中断运输的临时性措施。

无线电能传输装置的硬件设计

本科毕业设计论文 本科毕业设计论文题目：电能无线传输装置的硬件设计 作者姓名 指导教师 专业班级 学院信息工程学院 提交日期2016年06月10日

浙江工业大学本科毕业设计论文电能无线传输装置的硬件设计 作者姓名： 指导教师： 2016年6月10日

Dissertation Submitted to ZhejiangUniversity of Technology for the Degree of Bachelor Hardware Design of Wireless Power Transmission Equipment College of Information Engineering Zhejiang University of Technology June 2016

浙江工业大学 本科生毕业设计（论文、创作）任务书 一、设计（论文、创作）题目： 电能无线传输装置的硬件设计 二、主要任务与目标： 根据对电能无线传输装置的要求，设计相应的硬件线路。要求通过单片机控制开关元件，使LC电路发生谐振，实现电能无线传输的要求，并完成整机的调试。 三、主要内容与基本要求： 1.根据无线传输装置的要求完成相关硬件设计，选择合适的谐振电路形式，使无线传输的性能指标处于较好 2. 撰写毕业论文和提交相关设计文挡、图纸等。 四、计划进度： 2015.12.20~2016.3.1 收集相关资料文献，学习相关软硬件基础知识；完成外文翻译、文献综述；熟悉课题，做好开题准备，有初步设计方案；2016.3.2~3.10 完成开题报告，参加开题交流；2016.3.11~4.30 完成电能无线传输装置的硬件设计，接受中期检查；2016.5.1~5.31 制作硬件线路，调试与改进，做出最终设计成品。撰写毕业论文初稿；2016.6.1~6.17 论文修改，毕业答辩，提交相关文档资料。 五、主要参考文献： [1] 傅文珍，张波，丘东元等.自谐振线圈耦合式电能无线传输的最大效率分析与设计,中国电机工程学报[J].2009.6:21-26; [2] 翟渊，孙跃，戴欣等.磁共振模式无线电能传输系统建模与分析,中国电机工程学报[J].2012.4:155-160; [3] 于建阁，吕干云，吴张勇等. 基于松耦合变压器的小功率CPT系统, 电工电能新技术[J].2012.7:93-96。 任务书下发日期2015 年12 月20 日 设计（论文、创作）工作自2015 年12 月20 日至2016 年 6 月20 日 设计（论文、创作）指导教师 系主任（专业负责人） 主管院长

无线电能传输(课程设计)实验报告

实验报告 1.实验原理 与无线通信技术一样摆脱有形介质的束缚，实现电能的无线传输是人类多年的一个美好追求。无线电能传输技术（Wireless Power Transfer, WPT）也称之为非接触电能传输技术（ Contactless PowerTransmission, CPT），是一种借于空间无形软介质（如电场、磁场、微波等）实现将电能由电源端传递至用电设备的一种供电模式，该技术是集电磁场、电力电子、高频电子、电磁感应和耦合模理论等多学科交叉的基础研究与应用研究，是能源传输和接入的一次革命性进步。 无线电能传输技术解决了传统导线直接接触供电的缺陷，是一种有效、安全、便捷的电能传输方法，因而它被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。该技术不仅在军事、航空航天、油田、矿井、水下作业、工业机器人、电动汽车、无线传感器网络、医疗器械、家用电器、RFID识别等领域具有重要的应用价值，而且对电磁理论的发展亦具有重要科学研究价值和实际意义。在中国科协成立五十周年的系列庆祝活动中，无线能量传输技术被列为“10 项引领未来的科学技术”之一。 到目前为止，根据电能传输原理，无线电能传输大致可以分为三类：感应耦合式、微波辐射式、磁耦合谐振式。作为一个新的无线电能传输技术，磁耦合谐振式是基于近场强耦合的概念，基本原理是两个具有相同谐振频率的物体之间可以实现高效的能量交换，而非谐振物体之间能量交换却很微弱。 磁耦合谐振式无线电能传输的传输尺度介于前两者之间，因此也被称之为中尺度（mid-range）能量传输技术，其尺度为几倍的接收设备尺寸（可扩展到几米到几十米）。 除了较大的传输距离，还存在以下优势：由于利用了强耦合谐振技术，可以实现较高的功率（可达到kW）和效率；系统采用磁场耦合（而非电场，电场会发生危险）和非辐射技术，使其对人体没有伤害；良好的穿透性，不受非金属障碍物的影响。因此该技术已经成为无线电能传输技术新的发展方向。

无线电能传输装置设计报告

无线电能传输装置设计报告 摘要 磁耦合谐振式无线电能传输是众多短距离电能特殊传输技术之一，它因其便捷，节 能环保而受到广泛关注。现在磁耦合谐振式无线电能传输距离已经可以达到米级的范围，甚至有些技术还能穿透障碍物，相信当无线传输距离问题解决以后该技术无疑对无线电能技术的发展具有重大的意义。该文主要讲述了运用磁耦合谐振无限能量传输的原理设计制作的小型无线电能传输设备。该设备主要包括驱动发射线圈电路，磁耦合谐振传输电路，磁耦合谐振接收电路，整流滤波电路，以及显示电路模块等。当发射和接收端都达到谐振频率时即可实现能量的最大传输。该设备在题目要求下可实现10cm以上，效率高达26%的能量传输，并且可以实现点亮30cm以外的2W的灯泡。 关键词磁耦合谐振无线电能传输发射距离接收效率 一、设计任务 设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图1所示。 要求：（1）保持发射线圈与接收线圈间距离x =10cm、输入直流电压U1=15V时，调整负载使接收端输出直流电流I2=，输出直流电压U2≥8 V，尽可能提高该无线电能传输装置的效

率η。（2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED 灯（白色、1W）。在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x。 二、方案论证 驱动发射线圈电路 方案一 ：采用集成发射芯片XKT408和T5336搭建发射驱动电路。无线充电/供电主控制芯片XKT-408A，采用CMOS制程工艺，具有精度高稳定性好等特点，其专门用于无线感应智能充电、供电管理系统中，可靠性能高。XKT-408A芯片负责处理该系统中的无线电能传输功能，采用电磁能量转换原理并配合接收部分做能量转换及电路的实时监控。 其主要特点为：

非接触式电能传输

非接触电能传输系统综述 摘要：电能的当今最主要的能源之一，近年来兴起的非接触电能传输供电技术解决了传统接触式供电的一些弊端。本文介绍了非接触电能传输的技术背景和国内外的研究现状，对比了三种非接触电能传输方法。然后着重介绍目前研究较为深入的感应耦合电能传输（Inductive Power Transfer, IPT)在手机和电动汽车充电领域的最新研究成果和实际应用。最后，文章总结了非接触电能传输的研究意义和发展前景。 关键词：非接触电能传输，感应耦合，非接触供电 A Perspective of Wireless Power Transfer Abstract：lectrical power is one of the most important power forms nowadays. Recently, wirelesspower supply technique solved many disadvantages arousing in conventional form of powertransfer. The paper introduces the technique background and the achievement of the research inand aboard, and compares three kinds of method to enable wireless power transfer. And then,the paper emphasizes the practical application of Inductive Power Transfer (IPT) in the wirelesscharging of mobile phone and electrical vehicle. Finally, the paper draws a conclusion of the vistaof wireless power transfer. Keywords:Wireless Power Transfer, inductively coupled, contactless power supply 1 引言 电能是传统石化燃料的主要替代能源，并且在实际应用中电能也是最好的取代和应用的清洁能源之一。但是电池在目前的技术水平下有两个个问题无法解决：一是充电时间长；二是续航时间短。各行业寄希望于电池行业能够早日实现技术突破，解决掉这两个技术难题。然而，电池技术在短时间之内是很难有质的飞跃，所以各用电企业需要寻找一种现实的解决方案，其中非接触充电和供电是其中一个重要的研究方向。 为了使移动电子终端及电动汽车用户摆脱使用充电器充电、更换电池以及接插家电设备电源线等麻烦。利用无线方式将电能传输到所用产品的技术即将进入实际应用阶段。其中，非接触式充电，是一种只要将电子产品放在充电台上就能充电的技术。实现非接触充电的技术主要有三种形式：1、感应耦合型；2、无线电接收型；3、共振型。 目前，感应耦合技术已经在部分领域中得到应用，包括电动剃须刀、电动牙刷、净水器和无线电话等。由于这种技术在增大功率等方面不断取得进展，已经应用到手机等出货量非常大的电子终端中。近几年，随着人们对清洁能源和电动汽车的需求越来越大，国内外的大学和研究机构纷纷开始着手研究电动汽车方便、快捷、高效充电的方法，已取得一定的成果。 另外，共振型非接触电能传输能够实现远距离、大功率的电能传输，可以应用于电子终端、电动机车、水下、地下等用电设备的充电和供电，但是目前还停留在研究阶段。 传统供电技术是用电设备通过电缆、插头等直接从电源获取电能的供电模式，这种技术也是目前整个电能领域普遍采用的一种方式。随着电力半导体器件和电子技术的发展及控制技术的进步，已经实现了“高效率用电和高品质用电”的目标，传统供电技术也已经基本完善。然而在一些特殊场合，这种供电方式同样暴露了很多问题，如在矿场、油田等易燃易爆区，由于电火花的产生及裸露导体的存在会使其存在很大的安全隐患。另外，水下、移动备、

无线电能传输装置电路原理分析

无线电能传输装置电路原理分析 一、发射端 1.H桥工作原理及驱动分析 要控制线圈内产生交流信号，需要给线圈提供正反向电压，这就需要四路开关去控制线圈两个输入端的电压。H桥驱动原理等效原理图图如图3-5所示，当开关S1和S3闭合时，电流从线圈左端流向线圈的右端；当开关S2和S4闭合时，电流从线圈右端流向线圈左端。 图3-5H桥驱动原理等效电路 图 常用可以作为H桥的电子开关器件有继电器，三极管，MOS管，IGBT管等。普通继电器属机械器件，开关次数有限，开关频率上限一般在30HZ左右，而且继电器内部为感性负载，对电路的干扰比较大，但继电器可以把控制部分与被控制部分分开，实现由小信号控制大信号，所以高压控制中一般会用到继电器。三极管属于电流驱动型器件，设基极电流为I B，集电极电流为I C，三极管的放大系数为β，电源电压VCC，集电极偏置电阻R C，如果I B*β>=I C,则三极管处于饱和状态，可以当作开关使用，集电极饱和电流I C=VCC/R C，由此可见集电极的输出电流受到R C的限制，不适合应用于电流要求较高的场合。MOS管属于电压驱动型器件，对于NMOS来说，只要V DS≥V GS-V T即可实现NMOS的饱和导通，MOS管开启与关断的能量损失仅是对栅极和源极之间的寄生电容的充放电，对MOS管驱动端要求不高，同时MOS端可以做到很大的电流输出，因此一般用于需要大电流的场所。IGBT则是结合了三极管和MOS管的优点制造的器件，一般用于高压控制电路中。综合考虑，本设计选用了4只NMOS管组成H桥，其具有导通电阻R DS小，，电流I D大等优点。NMOS组成的H桥模型如图3-6所示。

接触网专业术语

1导线高度：接触网导线高度（简称导高），是指悬挂定位点处接触线距轨面的垂直高度，设计规范规定如下：最高高度：不大于6500mm。最低高度：（1）区间、站场：①一般中间站和区间不小于5700mm。②编组站、区段站及配有调车组的大型中间站，一般情况不小于6200mm。确有困难时可不小于5700mm。（2）隧道内（包括按规定降低高度的隧道口外及跨线建筑物范围内）：①正常情况（带电通过5300mm超限货物）不小于5700mm。②困难情况（带电通过5300mm 超限货物）不小于5650mm。③特殊情况不小于5250mm。接触线高度的允许施工偏差为±30mm。 2跨距及拉出值：取决与线路曲线半径、最大风速和经济因素等，我国高速铁路一般在保证跨中导线及定位点在最大风速下均不超过距受电弓中心300mm的条件下，确定跨距长度和拉出值。 3锚段长度：是指接触网相邻的两终端间的距离。 4.绝缘距离：是指接触网的带电部分，与接触网的非带电部分的金属和非金属零件之间的最小直线距离 5吊弦分布及间距：吊弦间距指一跨内两相邻吊弦之间的距离，吊弦间距对接触网的受流性能有一定的影响，改变吊弦的间距可以调整接触网的弹性均匀度，吊弦分布有等距分布、对数分布、正弦分布等几种形式，为了设计施工和维护的方便，一般采用最简单的等距分布，一般掌握在8--12米。 6.接触导线预留驰度：指在接触导线安装时，是接触导线在跨内，保持一定弛度，以减少受电弓在跨中对接触导线的抬升量，改善弓网的震动，对高速接触网，简单链型悬挂设预留弛度，弹性链型悬挂一般不设预留弛度。 锚段关节安装要求：锚段关节是接触网的张力的机械转换关节，是接触网的薄弱环节，其设计和安装质量对受流影响较大，高速接触网一般采用两种形式的锚段关节：①非绝缘锚段关节采用三跨锚段关节②绝缘锚段关节采用，四跨，五跨锚段关节，安装处理上，尽量缩短接触导线工作支和非工作支同时接触受电弓滑板的长度，提高非工作支的坡度，并保证过度平滑，避免出现硬点和刮弓 8.接触导线（承力索）张力：锚段两端的补偿装置，通过坠砣的重力与补偿滑轮的变比后对接触线（承力索）的拉力。京哈线接触线的额定张力为15KN。接触线的张力，驰度符合安装曲线的规定，预留驰度为当量跨距的1‰。

射频感应耦合等离子体模式转变的发射光谱

第44卷第3期2018年3月北京工业大学学报JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol.44No.3Mar.2018 射频感应耦合等离子体模式转变的发射光谱 王 波,王 权,王荷军,张天一 (北京工业大学材料科学与工程学院,北京 100124) 摘 要:通过改变气体流率二放电气压和气体组成,研究射频感应耦合放电等离子体(inductively coupled plasma,ICP)在圆柱型放电装置中E 模到H 模的转化规律.采用发射光谱诊断法,对419.8nm 氩原子谱线和434.8nm 氩离子谱线进行采集和分析,以表征E 模到H 模的转换功率.当放电气压为60Pa 时,E-H 转换功率最小;在Ar 中加入He 对E-H 转换功率几乎没有影响,而加入N 2后,E-H 转换功率发生了明显的改变;随着氩气流率的增加,E-H 转换功率在不断减小.结果表明:射频感应耦合放电等离子体E 模到H 模的转化是一个突然变化的过程,转换功率会因不同的气体流率二放电气压和气体组成而变化. 关键词:ICP 放电;光谱诊断;E-H 模;E-H 转换功率;等离子体源 中图分类号:U 461;TP 308 文献标志码:A 文章编号:0254-0037(2018)03-0351-06 doi :10.11936/bjutxb2017030015收稿日期:2017-03-10基金项目:国家自然科学基金资助项目(51571003);ITER 专项(2013GB109003) 作者简介:王 波(1966 ),男,教授,主要从事金属PFM 材料方面的研究,E-mail:wangbo@https://www.wendangku.net/doc/3a8052665.html, Mode Transition of RF Inductively Coupled Plasma by Emission Spectroscopy WANG Bo,WANG Quan,WANG Hejun,ZHANG Tianyi (College of Materials Science and Engineering,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China)Abstract :The paper studied the conversion law of E mode to H mode in inductively coupled plasma (ICP)discharge device in a cylindrical discharge device,by changing the gas flow rate,discharge pressure and gas composition.An emission spectrum diagnosis method was adopted,and the 419.8nm argon atomic spectrum and 434.8nm argon ion spectrum were collected and analyzed to characterize the transition power of E to H mode.Results show that when the discharge pressure is 60Pa,the transition power E-H is minimum;adding He in Ar does not affect the E-H transition power,and after adding N 2,the E-H transition power has changed obviously.With the increase of the argon flow rate,the E-H transition power decreases.The conversion of E mode to H mode is a sudden change process in radio frequency inductively coupled plasma discharge.The transition power varies with different gas flow rates,discharge pressures and gas compositions.Key words :inductively coupled plasma (ICP )discharge;spectrum diagnosis;E-H mode;E-H transition power;plasma source 射频感应耦合等离子体放电(inductively coupled plasma,ICP)的研究已经经历了一个多世纪,第一次发现ICP 放电是在19世纪末[1].与其他 的放电方式相比,ICP 放电结构简单,能够在低气压下产生高密度等离子体,因此它被广泛地应用在等离子体镀膜二刻蚀二材料制备和表面改性等方面[2]. 万方数据

无线电能传输装置F题

无线电能传输装置F题 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#

成都工业学院 毕业设计论文课题名称：无线电能传输装置 设计时间：2015.2.05—2015.5.18 系部：电气与电子工程系 专业：供用电技术 班级：1202161 姓名：刘佳福 指导教师： 目录

任务书 1.任务 根据2014年TI杯大学生电子设计竞赛题F题：无线电能传输装置，设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图1所示。 图1电能无线传输装置结构框图 2.要求 （1）保持发射线圈与接收线圈间距离x=10cm、输入直流电压U1=15V时，接收端输出直流电流I2=0.5A，输出直流电压U2≥8V，尽可能提高该无线电能传输装置 的效率η。（45分） （2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED 灯（白色、1W）。在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x。（45分） （3）其他自主发挥（10分） （4）设计报告（20分） 3.说明

（1）发射与接收线圈为空心线圈，线圈外径均20±2cm；发射与接收线圈间介质为空气。 （2）I2=应为连续电流。 （3）测试时，除15V直流电源外，不得使用其他电源。 （4）在要求（1）效率测试时，负载采用可变电阻器；效率22 11100% U I U I η=?。（5）制作时须考虑测试需要，合理设置测试点，以方便测量相关电压、电流。 摘要 随着技术的不断发展与进步，无线电能传输技术越来越备受关注，尤其在一些特定场合，无线电能传输技术具有传统电缆线供电方式所不及的独特优势，可以极大地提高设备供电的可靠性、便捷性和安全性。在2008年8月的英特尔开发者论坛（IDF，Intel?Developer?Forum）上，西雅图实验室的约书亚·史密（Joshua?R.?Smith）领导的研究小组向公众展示了一项新技术——基于“磁耦合共振”原理的无线供电，在展示中成功地点亮了一个一米开外的60瓦灯泡，而在电源和灯泡之间没有使用任何电线。他们声称，在这个系统中无线电力的传输效率达到了75%。本设计主要由电生磁和磁生电两部分主成。第一部分发射电路由PWM集成控制电路TL494为主芯片的开关电源，以IR2110为驱动电路，控制两路输出，将电能传输给发射线圈，产生磁场；第二部分接收电路，接收线圈通过电磁感应将接收到的磁信号，转化成电能，整流滤波后，供负载LED灯正常发光。 关键词：无线电能传输、磁耦合、串联谐振、传送效率、距离 无线电能传输装置装置 1系统方案 1.1系统总体思路 根据任务要求设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，用空心线圈制作了直径为20cm的发射和接收线圈；利用信号发生电路将输入的直流15V电转化为PWM 脉冲信号，通过线圈驱动电路产生交变电流，在空间产生交变的磁场，利用磁耦合谐振式原理，在接收线圈端产生感应电势和电流，将电能无线传输到接收线圈，实现无线电能的传输。 经过几天的测试，制作出了传输效率达63.1%，线圈之间的距离x的值最大为 31cm的磁耦合谐振式无线电能传输装置，满足了设计要求。

无线电能传输技术

所谓无线电能传输，就是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术。无线 输电分为：电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式。电磁感应可用于低功率、近距离传输；电磁共振适于中等功率、中等距离传输；电磁辐射则可用于大功率、远距离传输。近年来，一些便携式电器如笔记本电脑、手机、音乐播放器等移动设备都需要电池和充电。电源电线频繁地拔插，既不安全，也容易磨损。一些充电器、电线、插座标准也并不完全统一，这样即造成了浪费，也形成了对环境的污染。而在特殊场合下，譬如矿井和石油开釆中，传统输电方式在安全上存在隐患。孤立的岛屿、工作于山头的基站，很困难采用架设电线的传统配电方式。在上述情形下，无线输电便愈发显得重要和迫切，因而它被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。在此旨在阐述当前的技术进展，分析无线输电原理。 1无线电能传输技术的发展历程 最早产生无线输能设想的是尼古拉?特斯拉(NikolaTesla),因而有人称之为无线电能 传输之父。1890年，特斯拉就做了无线电能传输试验。特斯拉构想的无线电能传输方法是把地球作为内导体，把地球电离层作为外导体，通过放大发射机以径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8 Hz的低频共振，利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。最终因财力不足，特斯拉的大胆构想没能实现。 其后，古博(Goubau)、施瓦固(Sohweing)等人从理论上推算了自由空间波束导波可达到近100%的传输效率，并随后在反射波束导波系统上得到了验证。20世纪20 年代中期，日本的H.Yagi和S.Uda发明了可用于无线电能传输的定向天线，乂称为八木一宇田天 线。20世纪60年代初期雷声公司(Raytheon)的布iM(W.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8 W,获得了90.6%的微波一一直流电整流效率。后来改用印刷薄膜，在频率2.45 GHz时效率达到了85%o 自从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5 ail'划。喷气发动机实验室和Lewis科研中心曾将30 kW的微波无线输送1.6 km,微波一一直流的转换效率达83%。1991

接触网安装标准

接触网施工标准 软横跨调整标准 安装完毕的软横跨，因未加负载，支柱挠度很小。所以上部定位索有较大的负弛度，其值约100~200毫米，软横跨股道间电分段绝缘子串引起软横跨规则变形，其横向承力索绝缘子串相对上部定位索绝缘子串向钢帽方向偏移50~200毫米，当加负载后，上述情况即恢复正常，即上定位索呈水平程态，电分段绝缘子串上、下对齐。 软横跨未加负载前，若上定位索负弛度不足可通过调整横承力索杵头杆螺栓或开式螺旋扣来达到要求，上述方法难以满足要求时，则需重做钢绞线回头。 软横跨在承载后应达到下列标准： 1、软横跨下部固定角钢安装高度，应以客专正线为为标准，安装位置应为6850mm。 2、横承力索至上部固定索最短吊弦处距离一般为400~600mm： 3、横承力索上、下定位索的电分段绝缘子应在同一垂直面上，允许误差为±100mm，位于站沿上方绝缘子带电裙边应尽量与站台沿相齐，股道间横向电分段绝缘子位于股道中间。 4、双横承力索应使两根张力相等，上、下定位索允许微向上弯曲（即平滑的负弛度）5股道及以下软横跨误差不超过100mm，5股道及以上软横跨误差不超过200mm。 5、横承力索上、下部固定绳调整完毕后，杵头杆在螺帽处外露20~100mm。 6、横承力索、上下部固定绳均不得有接头。 9、软横跨上各螺栓、垫片、弹簧垫圈等应配齐全，螺栓应坚固不得松动，V型联板不应偏斜，V 页脚内容1

形联板上的销钉，应销钉帽在上，开品销在下。 10、软横跨的吊线，上端应作永久性固定，下端作临时性固定，回头应不短于200毫米。 绝缘锚段关节的调整：（四跨） 1、在非工作支接触线和下锚支承力索转换柱内侧（靠中心柱一侧）安装电分段悬式绝缘子串，悬式绝缘子裙边距离悬挂点为1米，（简单悬挂为0.5米）分段方法见本章第九节。 2、根据平面图、安装图，在锚柱、转换柱、中心柱处安装定位管、定位器（支持器）等，从而确定了接触线的水平位置，使两接触线的水平间距为500毫米，在转换柱处，当两线间水平间距达不到要求时，可调节非工作支的拉出值，一般尽量不改变工作支的拉出值。在中心柱处，远离支柱的悬挂定位管根部可适当抬高，以保证两支悬挂间空气绝缘距离。 3、在接触线上安装吊线线夹，调节吊弦长度，确定两接触线的垂直位置。要求在转换柱处非工作支高于工作支500毫米，中心柱处的两导线等高，等高区段的长度为中心柱两侧跨距和的1/3。 4、为保证中心柱处两接触悬挂带电部分之间的空气绝缘距离不小于500毫米，转换柱处两承力索水平间距不小于500毫米，必要时可适当升降腕臂，但必须在规定允许的范围内。当弹性吊弦影响绝缘距离时，应撤除并适当增设环节吊弦。 5、反复调整，并扭正线面，再次检查锚段关节内两支接触悬挂带电部分的空气绝缘距离是否能保证500毫米。 6、按要求安装电连接，隔离开关等。 页脚内容2

电感耦合等离子体发射光谱仪原理要点

电感耦合等离子体发射光谱仪原理 1、ICP-AES分析性能特点 等离子体（Plasma）在近代物理学中是一个很普通的概念，是一种在一定程度上被电离（电离度大于0.1%）的气体，其中电子和阳离子的浓度处于平衡状态，宏观上呈电中性的物质。 电感耦合等离子体（ICP）是由高频电流经感应线圈产生高频电磁场，使工作气体形成等离子体，并呈现火焰状放电（等离子体焰炬），达到10000K的高温，是一个具有良好的蒸发－原子化－激发－电离性能的光谱光源。而且由于这种等离子体焰炬呈环状结构，有利于从等离子体中心通道进样并维持火焰的稳定；较低的载气流速（低于1L/min）便可穿透ICP，使样品在中心通道停留时间达2～3ms，可完全蒸发、原子化；ICP环状结构的中心通道的高温，高于任何火焰或电弧火花的温度，是原子、离子的最佳激发温度，分析物在中心通道内被间接加热，对ICP放电性质影响小；ICP 光源又是一种光薄的光源，自吸现象小，且系无电极放电，无电极沾污。这些特点使ICP光源具有优异的分析性能，符合于一个理想分析方法的要求。 一个理想的分析方法，应该是：可以多组分同时测定；测定范要围宽（低含量与高含量成分能同测定）；具有高的灵敏度和好的精确度；可以适用于不同状态的样品的分析；操作要简便与易于掌握。ICP-AES分析方法便具有这些优异的分析特性： ⑴ ICP-AES法首先是一种发射光谱分析方法，可以多元素同时测定。

发射光谱分析方法只要将待测原子处于激发状态，便可同时发射出各自特征谱线同时进行测定。ICP-AES仪器，不论是多道直读还是单道扫描仪器，均可以在同一试样溶液中同时测定大量元素（30～50个，甚至更多）。已有文献报导的分析元素可达78个[4]，即除He、Ne、Ar、Kr、Xe惰性气体外，自然界存在的所有元素，都已有用ICP-AES法测定的报告。当然实际应用上，并非所有元素都能方便地使用ICP-AES法进行测定，仍有些元素用ICP-AES法测定，不如采用其它分析方法更为有效。尽管如此，ICP-AES法仍是元素分析最为有效的方法。 ⑵ ICP光源是一种光薄的光源，自吸现象小，所以ICP-AES法校正曲线的线性范围可达5~6个数量级,有的仪器甚至可以达到7～8个数量级，即可以同时测定0.00n%～n0%的含量。在大多数情况下，元素浓度与测量信号呈简单的线性。既可测低浓度成分（低于mg/L），又可同时测高浓度成分（几百或数千mg/L）。是充分发挥ICP-AES多元素同时测定能力的一个非常有价值的分析特性。 ⑶ ICP-AES法具有较高的蒸发、原子化和激发能力，且系无电极放电，无电极沾污。由于等离子体光源的异常高温（炎炬高达1万度，样品区也在6000℃以上），可以避免一般分析方法的化学干扰、基体干扰，与其它光谱分析方法相比，干扰水平比较低。等离子体焰炬比一般化学火焰具有更高的温度，能使一般化学火焰难以激发的元素原子化、激发，所以有利于难激发元素的测定。并且在Ar气氛中不易生成难熔的金属氧化物，从而使基体效应和共存元素的影响变得不明显。很多可直接测定，使分析操作变得简单，实用。

单相感应耦合电能传输系统基本补偿结构的传输效率仿真分析研究

单相感应耦合电能传输系统基本补偿结构的传输效率仿真分析研究 发表时间：2019-12-04T16:44:18.257Z 来源：《建筑细部》2019年第13期作者：张智虹[导读] 非接触感应耦合电能传输（Inductively Coupled Power Transfer，ICPT）技术在未来电能传输发展方向占有重要地位。 张智虹 中铁十二局集团电气化工程有限公司天津市 300308 摘要：非接触感应耦合电能传输（Inductively Coupled Power Transfer，ICPT）技术在未来电能传输发展方向占有重要地位。非接触电能传输方式解决了传统供电方式因为接触摩擦对设备造成损伤以及产生电火花的问题，解决了在恶劣的工作环境下某些电气设备的供电问题。本文通过MATLAB软件平台，对ICPT系统进行了理论及仿真研究。本文首先阐述了ICPT系统的结构原理和谐振补偿，然后利用 Simulink中已有模块建立了四种基本补偿结构的ICPT系统动态仿真模型，分析了不同补偿结构和参数下的电能传输效率及特点。关键词：感应耦合电能传输；补偿拓扑；传输效率；谐振 1 引言 现代电力电子技术的发展日新月异，为ICPT技术的快速发展提供了便利。ICPT理论[1]发展至今，涌现了了许多不同的发展方向及定义。比如：非接触电能传输、感应电能传输、非接触电气能量传输、松耦合感应电能传输等，其中A.W Green和J.T Boys对的ICPT的重新定义更好的揭示了非接触电能传输系统的本质[2]。 2 ICPT系统的结构原理和谐振补偿 ICPT系统基本结构如图2.1所示。可知ICPT系统的工作原理：直流电能经过高频逆变电路进行逆变以后，将得到的高频交变电流输入原边线圈，原边线圈中的高频交流电产生的磁链与副边线圈交链，在副边线圈产生感生电动势，向负载提供电能[3]。 图2.2 ICPT系统等效电路 根据图2.2可知，Cp和Cs分别是系统松耦合变压器两侧的补偿电容，M为松耦合变压器互感系数，R为副边负载电阻，Lp和Ls分别是电路两边电感，Ip和Is是原副边电流。 3 四种基本补偿结构的建模与仿真 SS型ICPT系统参数如表3.1所示。将表3.1的数据代入公式中，可得出SS型ICPT系统的传输效率为87.08％。表3.1 SS型ICPT系统仿真参数 PP型ICPT系统参数如表3.4所示。将表3.4的数据代入公式中，可得出PP型ICPT系统的传输效率为84％。表3.4 PP型ICPT系统仿真参数