感應(yīng)耦合式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)補(bǔ)償方式的對(duì)比研究

第頁(yè)第1章緒論電力行業(yè)的發(fā)展使得電力方面的知識(shí)日新月異，豐富多彩，更多新型的電子設(shè)備源源不斷的涌現(xiàn)，無(wú)線電能的傳輸也是當(dāng)今電力方面一個(gè)重要的研究成果1.1課題研究的意義隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，這種利用線纜進(jìn)行電能傳輸?shù)姆绞揭呀?jīng)暴露出越來(lái)越多的缺點(diǎn)，如：（1）帶線操作存在安全隱患；（2）惡劣環(huán)境中的外露線路可能發(fā)生短路、斷路問(wèn)題；（3）設(shè)備間存在接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問(wèn)題；（4）自動(dòng)化充電實(shí)現(xiàn)困難；（5）有線傳輸線路維護(hù)困難、維護(hù)費(fèi)用高等。由于時(shí)代的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，我國(guó)電力系統(tǒng)的綜合規(guī)模，不管是從宏觀的層面上，還是從微觀的層面上，較之于從前，都是得到了大力的發(fā)展和系統(tǒng)性的提升，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較之于過(guò)往，也是呈現(xiàn)出更加復(fù)雜的發(fā)展態(tài)勢(shì)的，并且我國(guó)的智能區(qū)域大電網(wǎng)建設(shè)的腳步也呈現(xiàn)出來(lái)了大幅度的提升和加快的狀態(tài)，在整個(gè)系統(tǒng)具體的運(yùn)營(yíng)和系統(tǒng)性的發(fā)展過(guò)程中，不管是從其精度上，還是從其具體的性能上，都是存在著較大的亟待完善和系統(tǒng)性的管理的問(wèn)題的。電力變壓器在整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)和發(fā)展的過(guò)程中，不管是從宏觀的層面上，還是從微觀的層面上，意義都是尤為重大的，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前這樣的一種狀態(tài)的健康有序的實(shí)施和發(fā)展，能夠較好的維持整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的性能的優(yōu)質(zhì)，進(jìn)而方便后續(xù)的相關(guān)事宜的高效的執(zhí)行和運(yùn)轉(zhuǎn)，這一點(diǎn)不管是從廣義的層面上，還是從狹義的層面上，意義都是非常重大的，也是當(dāng)前迫切的需要完成和實(shí)施的。從實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)中，以及其具體的發(fā)展案例，我們不難發(fā)現(xiàn)，絕緣性能對(duì)于變壓器安全可靠運(yùn)行，影響因素是尤為重大的。對(duì)于這樣的一種情況，也是需要著力的加強(qiáng)關(guān)注和系統(tǒng)性的予以重視的問(wèn)題，對(duì)于變壓器乃至整個(gè)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定、節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也是意義重大。電力變壓器的內(nèi)絕緣結(jié)構(gòu)主要是油紙組合絕緣，而局部放電主要指的是在一種局部放電的狀態(tài)之下，呈現(xiàn)出來(lái)的一種惡劣的內(nèi)部發(fā)展?fàn)顟B(tài)的完成和實(shí)施的，嚴(yán)重的話，甚至是會(huì)呈現(xiàn)出較大程度的擊穿等諸多因素的實(shí)施和系統(tǒng)性的存在的。也是基于當(dāng)前這樣的一種綜合的發(fā)展原因和系統(tǒng)性的實(shí)施特征上來(lái)看，從某種意義上來(lái)看，高壓變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行是由其絕緣性能的優(yōu)劣所決定的。電力變壓器在運(yùn)行中，可能發(fā)生各種類型的故障，對(duì)電力系統(tǒng)的安全連續(xù)運(yùn)行會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重影響，特別是大容量變壓器的損壞，對(duì)系統(tǒng)的影響更為嚴(yán)重。尤其是隨著電力事業(yè)的發(fā)展，超高壓輸電線路在我國(guó)的建設(shè)越來(lái)越普遍，大容量超高壓的大型電力變壓器的應(yīng)用也隨之?dāng)U大，其運(yùn)行是否正常直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的可靠性。因此必須根據(jù)電力變壓器容量的大小、電壓的高低和重要程度，設(shè)置性能良好，動(dòng)作可靠的繼電保護(hù)裝置。從電網(wǎng)安全運(yùn)行角度出發(fā)，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，要求繼電保護(hù)裝置必須能快速將故障部分切除，保證其他電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，最大限度的使電網(wǎng)可靠供電。因此，繼電保護(hù)裝置是及其重要的二次設(shè)備，其準(zhǔn)確動(dòng)作是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保證，是防止事故發(fā)生的必要條件。而要保證繼電保護(hù)裝置準(zhǔn)確動(dòng)作，可靠準(zhǔn)確的繼電保護(hù)整定計(jì)算工作是及其重要的。為實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)整定計(jì)算工作準(zhǔn)確可靠，電力系統(tǒng)運(yùn)行安全，整定計(jì)算領(lǐng)域提出了“可靠性，選擇性，靈敏性，速動(dòng)性”四個(gè)整定計(jì)算基本要求，保證繼電保護(hù)裝置要充分發(fā)揮工作效能，保證保護(hù)定值合理選擇，保證各級(jí)各設(shè)備保護(hù)良好的配合，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置準(zhǔn)確及時(shí)的動(dòng)作。因此，保護(hù)裝置整定值的計(jì)算結(jié)果影響著保護(hù)裝置的作用能否正常發(fā)揮，決定了電網(wǎng)的故障是否會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。做好保護(hù)定值的整定計(jì)算工作，滿足整定計(jì)算領(lǐng)域提出的四性要求，保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，意義重大而深遠(yuǎn)。為解決傳統(tǒng)電能傳輸方式存在的問(wèn)題，電能傳輸?shù)臒o(wú)線化已經(jīng)成為人們的關(guān)注焦點(diǎn)。早在19世紀(jì)末，通過(guò)電磁場(chǎng)媒介進(jìn)行電能無(wú)線傳輸?shù)乃枷氡幻绹?guó)發(fā)明家NikolaTesla提出，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段得到了驗(yàn)證。一個(gè)多世紀(jì)后，電能無(wú)線傳輸技術(shù)作為引領(lǐng)未來(lái)的十大科學(xué)技術(shù)之一引起了各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注，該技術(shù)的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用：MP3、手機(jī)、筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備擺脫錯(cuò)綜復(fù)雜的充電器、充電線的束縛，其移動(dòng)性大大提高，充電接口不統(tǒng)一的問(wèn)題也得到了解決，使得充電環(huán)境更加安全美觀。（2）電動(dòng)汽車領(lǐng)域：無(wú)線充電汽車作為一種清潔新能源交通工具能取代燃料汽車，可有效緩解化石燃油燃燒帶來(lái)的大氣污染，也可以改變當(dāng)下電動(dòng)汽車需要攜帶龐大蓄電池的現(xiàn)狀，為汽車的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、便捷充電提供可能。（3）生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：人體植入式電子設(shè)備電能消耗完時(shí)，病人需要承擔(dān)因更換電池而再次手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)并忍受手術(shù)過(guò)程的痛苦，這些問(wèn)題通過(guò)體外無(wú)線供電可以得到有效解決。（4）航空航天領(lǐng)域：電能無(wú)線供電推動(dòng)了空間太陽(yáng)能發(fā)電站的發(fā)展，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為微波進(jìn)行能量傳輸，可緩解地球資源短缺問(wèn)題。（5）水下、礦井等環(huán)境：電能的無(wú)線傳輸可消除特殊環(huán)境下帶電作業(yè)潛藏的電擊或者易燃易爆等危險(xiǎn)問(wèn)題，保障工作人員人身安全。電能無(wú)線傳輸技術(shù)是一項(xiàng)集合電磁場(chǎng)理論、高頻電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制理論和材料學(xué)等多門學(xué)科為一體的綜合性技術(shù)，在其他相關(guān)學(xué)科發(fā)展的帶動(dòng)下，該技術(shù)已在各領(lǐng)域取得了引人注目的成果，當(dāng)然，作為一門新興學(xué)科，許多技術(shù)性問(wèn)題也在不斷衍生并亟待解決。電能的出現(xiàn)使人們的生活方式發(fā)生了翻天覆地的變化，同時(shí)也使工業(yè)社會(huì)得到了飛速的發(fā)展。然而迄今為止，電能的傳輸始終依賴基于線纜傳導(dǎo)的傳統(tǒng)傳輸方式，眾多用電設(shè)備都需要通過(guò)插頭及插座等連接器實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)系，供電系統(tǒng)到配電系統(tǒng)再到電能用戶的輸配電及用電過(guò)程更是需要鋪設(shè)大量的線路。隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，這種利用線纜進(jìn)行電能傳輸?shù)姆绞揭呀?jīng)暴露出越來(lái)越多的缺點(diǎn)，如：（1）帶線操作存在安全隱患；（2）惡劣環(huán)境中的外露線路可能發(fā)生短路、斷路問(wèn)題；3）設(shè)備間存在接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問(wèn)題；（4）自動(dòng)化充電實(shí)現(xiàn)困難；（5）有線傳輸線路維護(hù)困難、維護(hù)費(fèi)用高等。為解決傳統(tǒng)電能傳輸方式存在的問(wèn)題，電能傳輸?shù)臒o(wú)線化已經(jīng)成為人們的關(guān)注焦點(diǎn)。早在19世紀(jì)末，通過(guò)電磁場(chǎng)媒介進(jìn)行電能無(wú)線傳輸?shù)乃枷氡幻绹?guó)發(fā)明家NikolaTesla提出，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段得到了驗(yàn)證。一個(gè)多世紀(jì)后，電能無(wú)線傳輸技術(shù)作為引領(lǐng)未來(lái)的十大科學(xué)技術(shù)之一引起了各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注，該技術(shù)的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用：MP3、手機(jī)、筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備擺脫錯(cuò)綜復(fù)雜的充電器、充電線的束縛，其移動(dòng)性大大提高，充電接口不統(tǒng)一的問(wèn)題也得到了解決，使得充電環(huán)境更加安全美觀。（2）電動(dòng)汽車領(lǐng)域：無(wú)線充電汽車作為一種清潔新能源交通工具能取代燃料汽車，可有效緩解化石燃油燃燒帶來(lái)的大氣污染，也可以改變當(dāng)下電動(dòng)汽車需要攜帶龐大蓄電池的現(xiàn)狀，為汽車的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、便捷充電提供可能。（3）生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：人體植入式電子設(shè)備電能消耗完時(shí)，病人需要承擔(dān)因更換電池而再次手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)并忍受手術(shù)過(guò)程的痛苦，這些問(wèn)題通過(guò)體外無(wú)線供電可以得到有效解決。（4）航空航天領(lǐng)域：電能無(wú)線供電推動(dòng)了空間太陽(yáng)能發(fā)電站的發(fā)展，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為微波進(jìn)行能量傳輸，可緩解地球資源短缺問(wèn)題。（5）水下、礦井等環(huán)境：電能的無(wú)線傳輸可消除特殊環(huán)境下帶電作業(yè)潛藏的電擊或者易燃易爆等危險(xiǎn)問(wèn)題，保障工作人員人身安全。電能無(wú)線傳輸技術(shù)是一項(xiàng)集合電磁場(chǎng)理論、高頻電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制理論和材料學(xué)等多門學(xué)科為一體的綜合性技術(shù)，在其他相關(guān)學(xué)科發(fā)展的帶動(dòng)下，該技術(shù)已在各領(lǐng)域取得了引人注目的成果，當(dāng)然，作為一門新興學(xué)科，許多技術(shù)性問(wèn)題也在不斷衍生并亟待解決。1.2電能無(wú)線傳輸技術(shù)綜述電能無(wú)線傳輸技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)出現(xiàn)了許多傳輸機(jī)理，如激光傳輸、無(wú)線電波傳輸、電場(chǎng)耦合傳輸、超聲波傳輸?shù)龋凑諅鬏斁嚯x、功率及效率上的特點(diǎn)可將其分為微波輻射式、電磁感應(yīng)式和磁耦合諧振式3大類。由于時(shí)代的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)，較之于過(guò)往，不管是從宏觀的層面上，還是從微觀的層面上，都是得到了大力的實(shí)施和系統(tǒng)性的發(fā)展，在當(dāng)前這樣的一種時(shí)代背景之下，我們不難發(fā)現(xiàn)，我國(guó)的自動(dòng)化技術(shù)，微電子技術(shù)，以及人工智能技術(shù)，都是處于一種相對(duì)較為成熟的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，無(wú)線通信技術(shù)，在當(dāng)前這樣的一種社會(huì)形勢(shì)之下，呈現(xiàn)出突飛猛進(jìn)的發(fā)展趨勢(shì)。未來(lái)寬帶蜂窩移動(dòng)通信將會(huì)與新一代的寬帶通信技術(shù)無(wú)線接入系統(tǒng)、短距離互聯(lián)系統(tǒng)以及自組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)共同組成融合的、泛在的新一代寬帶無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而最終實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量，高穩(wěn)定性，高速率的傳輸態(tài)勢(shì)的執(zhí)行，從而最終實(shí)現(xiàn)我國(guó)的多媒體技術(shù)的較大程度的發(fā)展，并且最終維持一種良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)的執(zhí)行。從當(dāng)前的發(fā)展形勢(shì)上來(lái)看，我們不難發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)人都是對(duì)無(wú)線通信技術(shù)，抱有美好的幻想和期待的，但是無(wú)線通信技術(shù)在實(shí)現(xiàn)快速的發(fā)展的同時(shí)，也是遭遇到了這樣或者是那樣的發(fā)展難題以及發(fā)展瓶頸是需要重點(diǎn)的克服的。這樣的一系列的發(fā)展瓶頸問(wèn)題，主要是表現(xiàn)在其發(fā)展較為滯后、時(shí)延擴(kuò)展、多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)等諸多的層面上。其中多徑衰落是由于信號(hào)在具體的管理和系統(tǒng)性的傳輸過(guò)程中，是受到了較大程度的外界環(huán)境的影響和無(wú)線通信技術(shù)的影響的綜合發(fā)展結(jié)果的完成和建立，在電波的傳播路徑上產(chǎn)生了反射、繞射和散射等效應(yīng)引起的。通過(guò)對(duì)上述的相關(guān)問(wèn)題的管理和系統(tǒng)性的研究，我們可以很直觀的看到，多種新型無(wú)線通信傳輸技術(shù)在這樣的一種技術(shù)形勢(shì)之下，也是入雨后春筍般大量的涌現(xiàn)出來(lái)，并且得到了人們的廣泛的關(guān)注和系統(tǒng)性的討論，如多天線技術(shù)、協(xié)同中繼技術(shù)和單載波/多載波多址技術(shù)等。多輸入多輸出((Multi-InputMulti-OutputMIlVIO)通過(guò)接收端或/和發(fā)射端配置多根天線，并認(rèn)為天線間信道必須是要在彼此相互獨(dú)立的態(tài)勢(shì)之下，實(shí)現(xiàn)較好的管理和系統(tǒng)性的予以分布事宜的執(zhí)行的，通過(guò)將接收到的相關(guān)信號(hào)的分開以及合并式的管理和執(zhí)行，進(jìn)而最終將多徑效應(yīng)轉(zhuǎn)變成為一種較為有利的實(shí)施因素和具體的發(fā)展因素的管理和建設(shè)，能夠較好的實(shí)現(xiàn)其帶寬以及綜合的發(fā)射頻率維持在相對(duì)穩(wěn)定的發(fā)展形勢(shì)之下，實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部的通信效率的較大程度的提升和加強(qiáng)。MIMO系統(tǒng)，在呈現(xiàn)出較大的發(fā)展優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也展現(xiàn)出來(lái)了其較大的復(fù)雜性的發(fā)展特征的完成和建立。眾所周知，最大似然(MaximumLikelihoodML)檢測(cè)算法是最優(yōu)的檢測(cè)方法，能夠完全獲得接收分集增益，但是其運(yùn)算復(fù)雜度與調(diào)制階數(shù)和發(fā)射天線數(shù)的乘積成指數(shù)關(guān)系，如果整個(gè)過(guò)程，在具體的實(shí)施和執(zhí)行的過(guò)程中，是處于一種過(guò)于復(fù)雜的發(fā)展?fàn)顟B(tài)的話，那么最終要想實(shí)現(xiàn)這一問(wèn)題的完成，難度相對(duì)也是較大的。研究低復(fù)雜度高性能的檢測(cè)算法一直是MIMO技術(shù)研究領(lǐng)域的發(fā)展過(guò)程中，需要重點(diǎn)的關(guān)注和大力的予以解決的重要問(wèn)題。1.2.1微波輻射式電能無(wú)線傳輸微波輻射式電能無(wú)線傳輸是種長(zhǎng)距離輸電技術(shù)，該系統(tǒng)由發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線和接收整流天線組成，發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)直流功率到射頻功率的轉(zhuǎn)變，發(fā)射天線將功率高效地輻射至自由空間，整流天線接收空間中的電磁波能量，并將其轉(zhuǎn)化為直流功率向負(fù)載供電。圖1.1所示為微波輻射式電能無(wú)線傳輸示意圖。圖1.1微波輻射式電能無(wú)線傳輸示意圖早在19世紀(jì)末，Herz利用定向技術(shù)實(shí)現(xiàn)了500MHz微波能量的傳輸。1930年左右，HVNobel在威斯丁豪斯實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了間距為25英尺的電能無(wú)線傳輸，在接收天線上得到了上百瓦的直流電。20世紀(jì)60年代，美國(guó)雷聲公司通過(guò)微波輸電的方式驅(qū)動(dòng)了一架安裝有微波整流天線的直升飛機(jī)。70年代末期，美國(guó)航天局和能源部共同組織了以微波傳輸原理為基礎(chǔ)的SPS太陽(yáng)能衛(wèi)星基準(zhǔn)系統(tǒng)的概念研究。1993年，日本NEC公司在國(guó)際無(wú)線充電聯(lián)盟大會(huì)上展示了一款無(wú)人海岸巡航機(jī)，該樣機(jī)通過(guò)微波輸電為飛機(jī)提供了1kW的動(dòng)力。1995年日本郵政省通信綜合研究所和神戶大學(xué)工學(xué)部開發(fā)出一套基于微波傳輸原理的5kW無(wú)線輸電系統(tǒng)，并利用跟蹤系統(tǒng)成功為移動(dòng)中的飛艇供電。21世紀(jì)初，從事太空研究工作的工程師居伊·皮尼奧萊在非洲留尼汪島的格朗巴桑大峽谷利用微波輻射無(wú)線輸電原理將200W的燈泡點(diǎn)亮，并實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)卮迩f的無(wú)線供電。2012年日本宇航局與東京大學(xué)聯(lián)合研制出了針對(duì)未來(lái)低軌小衛(wèi)星空間太陽(yáng)能微波能量傳輸?shù)陌l(fā)射天線陣列，其總功率可達(dá)到1.6kW。雖然微波方式能進(jìn)行大功率、遠(yuǎn)距離的能量傳輸，但微波具有類似光波的直線傳播特性，遇到阻擋容易發(fā)生反射和阻斷，因此該傳輸方式對(duì)發(fā)射器和接收器的對(duì)準(zhǔn)要求極高，傳輸方向有限，僅適用于視距傳輸，同時(shí)，大功率微波在傳輸過(guò)程中具有較大的輻射能量，不僅降低了傳輸效率，而且很可能對(duì)生物體造成嚴(yán)重的損害，因此，該傳輸方式在一些實(shí)際應(yīng)用具有一定限制。1.2.2電磁感應(yīng)式電能無(wú)線傳輸電磁感應(yīng)式電能無(wú)線傳輸主要利用松耦合變壓器原理實(shí)現(xiàn)電磁能量的非接觸轉(zhuǎn)換，其主要結(jié)構(gòu)如圖1.2所示，包括輸入整流電路、逆變電路、原邊線圈、副邊線圈和輸出整流電路。圖1.2電磁感應(yīng)式電能無(wú)線傳輸示意圖國(guó)內(nèi)外對(duì)電磁感應(yīng)式電能無(wú)線傳輸?shù)难芯勘容^早，目前已取得了較多的成果。20世紀(jì)70年代中期，出現(xiàn)了利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行充電的電動(dòng)牙刷，這種無(wú)導(dǎo)體接觸的充電過(guò)程在長(zhǎng)期接觸水的環(huán)境中具有很好的安全性。1988年，德國(guó)專家將電磁感應(yīng)式電能傳輸技術(shù)用于人造關(guān)節(jié)的控制裝置。九十年代末，美國(guó)開始研究人造器官的體外供能系統(tǒng)。2004年，重慶金山科技集團(tuán)成功研制出尺寸僅（11×25）mm2的第一代OMOM膠囊內(nèi)窺鏡。2008年底，作為首個(gè)無(wú)線電力傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織的無(wú)線充電聯(lián)盟成立，建立了5W低功耗應(yīng)用規(guī)范，并于2010年制定并發(fā)布了全球標(biāo)準(zhǔn)Qi。2010年底，HaloIPT公司研發(fā)了以電磁感應(yīng)為傳輸機(jī)理的無(wú)線電動(dòng)汽車充電技術(shù)。2014年9月，中興與東風(fēng)汽車展開了無(wú)線充電技術(shù)的合作，并在湖北襄陽(yáng)發(fā)布了大功率無(wú)線充電公交示范線。電磁感應(yīng)式電能無(wú)線傳輸方式已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，它的傳輸功率較大，效率較高，因其技術(shù)成熟，是目前最為常見的方法。但該方式存在的問(wèn)題也不容忽視，如供電距離短、對(duì)充電位置的對(duì)準(zhǔn)要求較高、電磁干擾問(wèn)題顯著等。1.2.3磁耦合諧振式電能無(wú)線傳輸磁耦合諧振式電能無(wú)線傳輸是通過(guò)兩個(gè)高品質(zhì)因數(shù)回路在非輻射近場(chǎng)區(qū)發(fā)生電磁諧振，使能量在兩個(gè)諧振回路間實(shí)現(xiàn)有效傳遞的過(guò)程。該傳輸方式利用諧振將能量限制在窄頻帶內(nèi)，使能量可以穿越非諧振體，降低了對(duì)其他物體的影響，傳輸過(guò)程產(chǎn)生損耗主要表現(xiàn)為電路固有的熱損耗。圖1.3所示為磁耦合諧振式電能無(wú)線傳輸示意圖。圖1.3磁耦合諧振式電能無(wú)線傳輸示意圖Tesla最早提出利用磁諧振原理進(jìn)行電能無(wú)線傳輸，并于1890年通過(guò)在地球表面與電離層間建立電磁波低頻諧振實(shí)現(xiàn)地球表面能量傳輸。2007年，麻省理工學(xué)院首次系統(tǒng)地提出磁耦合諧振式電能無(wú)線傳輸方式，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了效率為40%~50%、距離為2m的能量傳輸，點(diǎn)亮了60W燈泡。2008年，Intel公司展示了傳輸效率為75%、傳輸功率為60W的磁耦合諧振式無(wú)線傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)可同時(shí)傳遞聲音信息。2010年，日本富士通公司利用該傳輸方式實(shí)現(xiàn)為多個(gè)負(fù)載設(shè)備同時(shí)充電，測(cè)試結(jié)果表明在15cm左右的距離對(duì)多個(gè)設(shè)備供電時(shí)，設(shè)備的位置幾乎不受限制，并且充電速度也得到了極大的提高。然而，磁耦合諧振式電能無(wú)線傳輸方式對(duì)系統(tǒng)的諧振要求高，系統(tǒng)頻率的失諧會(huì)帶來(lái)傳輸效率明顯低下的問(wèn)題，電路阻抗失配現(xiàn)象也將對(duì)系統(tǒng)的傳輸性能產(chǎn)生影響，因此，一般需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行頻率調(diào)諧及阻抗匹配控制來(lái)達(dá)到能量高效傳輸?shù)哪康?。?章總系統(tǒng)設(shè)計(jì)從最近這幾年的綜合發(fā)展形勢(shì)上來(lái)看的話，我們不難發(fā)現(xiàn)，由于分集技術(shù)的大力的實(shí)施和系統(tǒng)性的發(fā)展，對(duì)抗多徑衰落，當(dāng)前使用的最為廣泛的方式就是分集技術(shù)的實(shí)施和使用，而協(xié)同通信就能夠很好的實(shí)現(xiàn)這一客觀的技術(shù)的實(shí)施和系統(tǒng)性的予以管理態(tài)勢(shì)的完成。由于衰落，在具體的實(shí)施和執(zhí)行的過(guò)程中，是存在著較大的衰落性的，比如，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)(Source,S)和目的節(jié)點(diǎn)(Destination,D)鏈路，是處于一種較為嚴(yán)重的衰落發(fā)展?fàn)顟B(tài)的時(shí)候，而S周圍，是可能存在有較好的信道，來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)的信號(hào)的有效的傳輸，這就需要節(jié)點(diǎn)伙伴的管理和援助，并且在這樣的一種系統(tǒng)性的通信技術(shù)實(shí)施和執(zhí)行的過(guò)程中，發(fā)送端通過(guò)多天線技術(shù)的管理和有效的執(zhí)行，能夠較好的實(shí)現(xiàn)其綜合的傳輸速率的較大程度的提升和系統(tǒng)性的增強(qiáng)，除此之外，通過(guò)相關(guān)的編碼技術(shù)的管理和有效的實(shí)施，也是能夠較好的完成和分集增益的相關(guān)管理過(guò)程和事宜的順利實(shí)施和系統(tǒng)性的開展的，進(jìn)而對(duì)其在實(shí)際的傳輸過(guò)程中，存在的較大程度的傳輸不可靠性予以較好的管理和系統(tǒng)性的予以其信號(hào)衰減的對(duì)抗。但是，由于通信過(guò)程中，是存在有較為明顯的體積控制和體積限制的，一些小的體積在實(shí)現(xiàn)多天線安裝的過(guò)程中，綜合的安裝難度和系統(tǒng)性的實(shí)施難度相對(duì)是較大的。為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)傳輸過(guò)程中的安全可靠性的較大程度的實(shí)施和加強(qiáng)，中繼技術(shù)自從被提出出來(lái)，一直到現(xiàn)在，一直是受到了大眾的廣泛的關(guān)注和系統(tǒng)性的認(rèn)可，并且這樣的一種技術(shù)手段和技術(shù)實(shí)施方案，在整個(gè)過(guò)程中，也是處于一種強(qiáng)有力的發(fā)展態(tài)勢(shì)。在蜂窩小區(qū)邊緣區(qū)域的范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)中置站的管理和系統(tǒng)性的布局態(tài)勢(shì)的完成，能夠?qū)崿F(xiàn)小區(qū)周邊的信號(hào)強(qiáng)度的大幅度的提升和系統(tǒng)性的增強(qiáng)，進(jìn)而最終維持小區(qū)覆蓋的信號(hào)范圍的較大程度的提升和系統(tǒng)性的加強(qiáng)的態(tài)勢(shì)的完成。與此同時(shí)，中繼可為源節(jié)點(diǎn)提供一條額外的上行鏈路用以與基站通信，使得用戶在具體的使用過(guò)程中，能夠額外的獲得相關(guān)的分集增益的有效的管理和執(zhí)行。中繼通常是在一種半休工的狀態(tài)之下，實(shí)現(xiàn)相關(guān)事宜的開展和實(shí)施的，從其具體的傳輸模式上來(lái)看，我們不難發(fā)現(xiàn)，其具體的傳輸模式主要是分為兩個(gè)主要的發(fā)展階段的，在階段一中，源節(jié)點(diǎn)將信號(hào)系統(tǒng)高效的傳輸給信號(hào)源，在階段二中，中繼站選擇合適的信號(hào)以及合適的信號(hào)處理方式，對(duì)最終接收到的具體的信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)高效的管理和有效的予以處理，之后，將處理后的信號(hào)，及時(shí)高效的發(fā)送到相關(guān)的基站設(shè)備之中。其中中繼對(duì)其接收到的相關(guān)的信號(hào)，是可以實(shí)現(xiàn)較好的功率控制和系統(tǒng)性的功率轉(zhuǎn)換之后，在進(jìn)行系統(tǒng)性的予以轉(zhuǎn)發(fā)的，也可以將信號(hào)予以轉(zhuǎn)換之后，在進(jìn)行必要的解碼事宜的完成，隨后，對(duì)相關(guān)的信號(hào)進(jìn)行重新的比對(duì)管理之后，進(jìn)行重編碼調(diào)制后轉(zhuǎn)發(fā)。前者稱為放大轉(zhuǎn)發(fā)方式，后者稱為解碼轉(zhuǎn)發(fā)方式。在當(dāng)前這樣的一種系統(tǒng)性的實(shí)施態(tài)勢(shì)和具體的運(yùn)營(yíng)態(tài)勢(shì)之下，目的基站可以從中繼鏈路，得到一份相對(duì)獨(dú)立的發(fā)展信息的，在這樣的一種情況之下，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的合并的管理以及合并的發(fā)送狀態(tài)的完成，通過(guò)這樣的一種形勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)的有效的轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)性的予以傳遞，并且將接收到的具體的信息與中繼鏈路信息進(jìn)行合并，從而獲得分集增益，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其綜合的輸出性能的較大程度的發(fā)展和實(shí)施。電能傳輸?shù)膽?yīng)用目前還不是很廣泛，并且知識(shí)體系也不是很全面，我們這次主要的目的就是實(shí)現(xiàn)無(wú)限電能傳輸，盡可能的提高其效率，增加其傳輸距離。2.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求（1）任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸裝置，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。圖2.1電能無(wú)線傳輸裝置結(jié)構(gòu)框圖（2）要求1、保持發(fā)射線圈與接收線圈間距離x=10cm、輸入直流電壓U1=15V時(shí)，調(diào)整負(fù)載使接收端輸出直流電流I2=0.5A，輸出直流電壓U2≥8V，盡可能提高該無(wú)線電能傳輸裝置的效率η。2、輸入直流電壓U1=15V，輸入直流電流不大于1A，接收端負(fù)載為2只串聯(lián)LED燈（白色、1W）。在保持LED燈不滅的條件下，盡可能延長(zhǎng)發(fā)射線圈與接收線圈間距離x。（3）說(shuō)明1、發(fā)射與接收線圈為空心線圈，線圈外徑均20±2cm；發(fā)射與接收線圈間介質(zhì)為空氣。2、I2=因?yàn)檫B續(xù)電流。3、測(cè)試時(shí)，除15V直流電源外，不得使用其他電源。4、在要求（1）效率測(cè)試時(shí)，負(fù)載采用可變電阻器；效率。2.2設(shè)計(jì)任務(wù)分析由題目可知，該設(shè)計(jì)主要是想讓學(xué)生通過(guò)諧振耦合原理，使得能量從一邊傳遞到相隔一定距離的另一邊，能量在傳遞給兩個(gè)相串聯(lián)的小燈，使小燈發(fā)光，其實(shí)這個(gè)設(shè)計(jì)并不難，重要的是方案的選擇，選擇最佳的方案，使得能量傳遞的距離更遠(yuǎn)，效率更高，這是我們應(yīng)該考慮的。首先我們知道整體設(shè)計(jì)分為振蕩電路模塊、發(fā)射模塊、接收模塊、整流濾波模塊、擴(kuò)展功能（穩(wěn)壓穩(wěn)流）模塊六部分組成，電源是15V的直流電壓，可以通過(guò)示波器直接供給，但能量傳遞的遠(yuǎn)近和電源的大小是成正比的，不宜太小又不宜太大，我們可以采用Boost變換器，反激變換器，正激變換器，推挽、半橋、全橋變換器對(duì)15V直流電壓進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳龎?，諧振方式又可以分為串聯(lián)諧振，并聯(lián)諧振，不同的諧振方式對(duì)應(yīng)的諧振頻率點(diǎn)不同，所輸入的阻抗也不一樣。電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行在電力系統(tǒng)快速發(fā)展與規(guī)模擴(kuò)大的過(guò)程中的非常重要的一部分，電力系統(tǒng)又朝著特高壓發(fā)展，隨著電壓等級(jí)的升高，對(duì)于電力設(shè)備絕緣的要求也越來(lái)越高。從近幾年來(lái)的綜合發(fā)展形式上來(lái)看的話，我們不難發(fā)現(xiàn)，電壓在具體的使用過(guò)程中，對(duì)于其要求已經(jīng)不再是過(guò)去那種相對(duì)較為傳統(tǒng)的普通電壓的要求了，超電壓以及超高電壓在具體的實(shí)施和執(zhí)行的過(guò)程中，得到的綜合發(fā)展是較大的，電力設(shè)備容量以及其綜合的數(shù)量，在具體的實(shí)施和執(zhí)行的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了較大程度的提升和加強(qiáng)，電力網(wǎng)的總體規(guī)模，在具體的實(shí)施和發(fā)展的過(guò)程中，也是得到了較大程度的發(fā)展?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)在具體的運(yùn)營(yíng)和實(shí)施的過(guò)程中，一方面要最大程度的保證其綜合的供電設(shè)備是在一個(gè)較為優(yōu)質(zhì)的范圍之內(nèi)實(shí)施，同時(shí)對(duì)于他的發(fā)電能力也是提出了較高的要求，要求他的整個(gè)發(fā)電能力是一種較為穩(wěn)定可靠的一種綜合的實(shí)施態(tài)勢(shì)的實(shí)施和執(zhí)行。變壓器對(duì)于維持電力系統(tǒng)在具體的實(shí)施和發(fā)展的過(guò)程中，保證一種良好的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，不管是從宏觀的層面上，還是從微觀的層面上，發(fā)揮的綜合作用都是尤為重大的，如果變壓器在具體的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，發(fā)生了較大的電壓事故的話，那么最終對(duì)于人們的生活以及工作，無(wú)疑是會(huì)造成較大的損失和影響的，這一點(diǎn)是尤為需要關(guān)注和重視的問(wèn)題。電力變壓器在具體的運(yùn)行過(guò)程中，通常會(huì)因?yàn)檫@樣或者是那樣的原因，突然的就會(huì)發(fā)生不明原因的放電現(xiàn)象，這樣的一種現(xiàn)象不管是對(duì)線路的影響還是對(duì)于變壓器的影響都是尤為重大的，局部放電故障最終是會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電力設(shè)備在具體的實(shí)施和執(zhí)行的過(guò)程中，發(fā)生較大的系統(tǒng)的崩潰事故的實(shí)施和執(zhí)行的，嚴(yán)重的話，會(huì)造成整個(gè)電力系統(tǒng)在具體的實(shí)施和發(fā)展的過(guò)程中，造成較大的影響。局部放電的綜合方式是多種多樣的，在電場(chǎng)中常見的局部放電就有：氣隙放電、沿面放電、針一板放電等，局部放電在具體的實(shí)施和執(zhí)行的過(guò)程中，不管是從哪個(gè)層面上來(lái)看，都是存在著較大的亟待完善和解決的問(wèn)題的實(shí)施和執(zhí)行的。從變壓器內(nèi)部具體的絕緣結(jié)構(gòu)的綜合發(fā)展情況上來(lái)看的話，我們不難發(fā)現(xiàn)，引線的布置及端部絕緣電場(chǎng)分布都是一種不均勻的狀態(tài)，并且都是分布在一種較為薄弱的位置，整個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度在具體的實(shí)施和執(zhí)行的過(guò)程中，是會(huì)產(chǎn)生不同原因的突變的，這樣的一種突變形式，最終導(dǎo)致的結(jié)果就是場(chǎng)強(qiáng)的一種不穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢(shì)的實(shí)施和執(zhí)行，在一種較高的場(chǎng)強(qiáng)作用之下，實(shí)現(xiàn)了局部放電模式的實(shí)施和執(zhí)行，其放電質(zhì)點(diǎn)由于對(duì)絕緣體造成了較大程度的沖擊，最終導(dǎo)致的結(jié)果就是絕緣成分在具體的實(shí)施和執(zhí)行的過(guò)程中，會(huì)發(fā)生不同程度的損壞。并且由于在具體的放電過(guò)程中產(chǎn)生的一種較大的熱量和氣流現(xiàn)象的存在，有的情況會(huì)使得局部的電流強(qiáng)度增加、電導(dǎo)增加，進(jìn)而使得整個(gè)絕緣成分的綜合性能，在這樣的一種綜合的發(fā)展模式之下，實(shí)現(xiàn)了較大程度的降低，如果這樣的問(wèn)題長(zhǎng)期的發(fā)展而不予以及時(shí)的解決的話，那么最終導(dǎo)致的結(jié)果就是絕緣會(huì)呈現(xiàn)出較大程度的擊穿狀態(tài)的實(shí)施和執(zhí)行。通常，變壓器在具體的運(yùn)行過(guò)程中的任何事故的實(shí)施和執(zhí)行，多半是因?yàn)榫植糠烹娫诰唧w的實(shí)施過(guò)程中，導(dǎo)致的結(jié)果，他造成的危害不管是從哪個(gè)層面上來(lái)看，都是較大的，其中最為明顯的就是會(huì)是的絕緣體的綜合性能實(shí)現(xiàn)較大程度的降低，并且整個(gè)綜合的發(fā)展模式，在具體的實(shí)施過(guò)程中，也是存在著一系列的綜合發(fā)展因素實(shí)施和執(zhí)行的。局部放電是反映變壓器絕緣缺陷與設(shè)備性能的重要征兆，不同的絕緣缺陷在具體的放電過(guò)程中，其綜合的放電性質(zhì)是存在著較大的差異的，也是在具體的實(shí)施和執(zhí)行的過(guò)程中，需要著力的關(guān)注和加強(qiáng)的，局部放電量的大小的高低反映變壓器的性能是否良好，確定評(píng)價(jià)變壓器的綜合性能的有效手段。電容的選擇要盡可能的小，原因也是為了使頻率盡可能的高，但電容的特性又必須滿足它的溫度特性，以免因過(guò)熱而導(dǎo)致爆裂，導(dǎo)致安全隱患和不便。效率（2-1）為了提高效率，就必須增大接收端電壓幅值，同時(shí)減小輸入端電流。效率的提升是這個(gè)設(shè)計(jì)的最終研究目的，也是最加分的地方。U2的提高取決于逆變電路后電壓大小，I1的大小取決于輸入電路，小燈泡為1W,兩個(gè)相互串聯(lián)，總共大小為2W，接收端電流恒為0.5A，電壓大小最小為8V，即為至少4W，整流裝置可消耗2W以上的能量。但為了使得傳遞的能量盡可能的遠(yuǎn)，最好盡可能的減小整流裝置的損耗。合理的設(shè)置測(cè)試點(diǎn)，可有效方便的測(cè)量電流和電壓，即要求焊接硬件電路時(shí)要將測(cè)試點(diǎn)單獨(dú)焊接出來(lái)，以方便電流表和電壓表的夾子夾住，而不至于碰到其它元部件，造成短路連接，并且需要清晰地標(biāo)出測(cè)試點(diǎn)，同時(shí)盡量的避免電磁場(chǎng)的影響，盡可能的少包圍器件。2.3設(shè)計(jì)任務(wù)總體框圖設(shè)計(jì)任務(wù)總體框圖即系統(tǒng)有哪幾部分組成，在設(shè)計(jì)一個(gè)裝置時(shí)是至關(guān)重要的。前面我們知道該系統(tǒng)由六部分組成，分別為振蕩電路模塊、發(fā)射模塊、接收模塊、整流濾波模塊、擴(kuò)展功能（穩(wěn)壓穩(wěn)流）模塊。其中振蕩電路模塊即信號(hào)發(fā)生電路，振蕩頻率可調(diào)。圖2.2系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)總體框圖確定下來(lái)之后，我們就要對(duì)系統(tǒng)的每一部分進(jìn)行方案比較，選擇最佳的方案，使得效果最好。第3章方案選擇無(wú)線電能傳輸裝置系統(tǒng)的核心是將直流電轉(zhuǎn)換成高頻的交流電，及逆變器的設(shè)計(jì)[4]。逆變器的分類如圖3.1所示。圖3.1逆變器的分類3.1發(fā)射電路選擇方案一：半橋變換器圖3.2半橋式拓?fù)涔ぷ鬟^(guò)程:

1、S1與S2交替導(dǎo)通,使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui/2的交流電壓.改變開關(guān)的占空比,就可以改變二次側(cè)整流電壓ud的平均值,也就改變了輸出電為Uo[9].

2、S1導(dǎo)通時(shí),二極管VD1處于通態(tài),S2導(dǎo)通時(shí),二極管VD2處于通態(tài),

半橋式結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）半橋式開關(guān)電源工作效率較高，輸出功率較大。（2）半橋式開關(guān)電源的開關(guān)管的耐壓值很低。半橋式結(jié)構(gòu)具有如下缺點(diǎn)：（1）半橋式開關(guān)電源的電源利用率較低，所以，半橋式開關(guān)電源不適合用于較低工作電壓的場(chǎng)合。此外，半橋式開關(guān)電源中的兩個(gè)開關(guān)管連接沒(méi)有公共地，驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接比較麻煩。（2）半橋式開關(guān)電源的缺點(diǎn)是會(huì)出現(xiàn)半導(dǎo)通區(qū)，損耗大。當(dāng)兩個(gè)開關(guān)管Q1和Q2處于轉(zhuǎn)換交替的工作狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)開關(guān)管會(huì)同時(shí)出現(xiàn)一個(gè)短時(shí)間的半導(dǎo)通區(qū)域，即兩個(gè)控制開關(guān)同時(shí)處于接通狀態(tài)。方案二：全橋變換器圖3.3全橋式拓?fù)淙珮蚴浇Y(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)：全橋式變壓器開關(guān)電源輸出功率較大，工作效率較高。全橋式開關(guān)電源因?yàn)橐彩莾蓚€(gè)開關(guān)管交替輪流工作，相當(dāng)于兩個(gè)開關(guān)電源同時(shí)輸出功率約等于單一開關(guān)電源輸出功率的兩倍[3]。（2）全橋式開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)管的耐壓值特別低。全橋式開關(guān)電源對(duì)4個(gè)開關(guān)器件的耐壓要求比推挽式開關(guān)電源對(duì)兩個(gè)開關(guān)管的耐壓值要求可以降低一半。全橋式開關(guān)電源也有跟式半橋開關(guān)電源開關(guān)管串通的危險(xiǎn)在變壓器具體的發(fā)展和運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)接觸到不同程度的氣隙，氣隙大小、形狀都是有較大的差別的，這樣的一些形態(tài)各異的氣隙，其承受的電壓在具體的實(shí)施過(guò)程中，也是存在著較大的差異的，所以最終呈現(xiàn)出來(lái)的一種綜合的發(fā)展態(tài)勢(shì)就是整個(gè)放電現(xiàn)象在具體的實(shí)施過(guò)程中，不同的情況都是同時(shí)出現(xiàn)的。湯遜型放電雖然會(huì)使得絕緣在具體的實(shí)施和發(fā)展的過(guò)程中，維持一種長(zhǎng)期惡化的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，但是在具體的實(shí)施和執(zhí)行的過(guò)程中，是不會(huì)產(chǎn)生任何的突發(fā)性的障礙和故障的實(shí)施和執(zhí)行的；流注型放電在具體的實(shí)施過(guò)程中，是很容易在一個(gè)較短的時(shí)間之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)絕緣的較大幅度的放電，這樣的一種放電形式是需要著力的關(guān)注和重視的問(wèn)題，如圍屏放電、主絕緣放電等，這也是局放監(jiān)測(cè)的主要對(duì)象。湯遜型放電如果在具體的發(fā)展過(guò)程中，不能夠予以較好的管理和控制的話，那么最終導(dǎo)致的結(jié)果就是，在某些絕緣弱點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)化為流注型放電，使得整個(gè)電量在具體的實(shí)施和發(fā)展的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)較大程度的提升和增強(qiáng)，這樣的一種綜合的發(fā)展模式，在具體的實(shí)施和發(fā)展過(guò)程中，發(fā)揮的綜合作用，不管是從宏觀的層面上，還是從微觀的層面上，都是需要予以著力的關(guān)注和重視的問(wèn)題。3.2MOSFET選擇開關(guān)管的選擇是至關(guān)重要的，好的開關(guān)管可以減少系統(tǒng)的損耗，增加系統(tǒng)的效率，開關(guān)管的參數(shù)必須滿足系統(tǒng)的參數(shù)要求，本次試驗(yàn)我們采用N溝道場(chǎng)效應(yīng)管

TP75N75，,80A/75V/10毫歐/200W封裝結(jié)構(gòu)為TO-220。從最近這幾年的綜合發(fā)展形勢(shì)上來(lái)看的話，我們不難發(fā)現(xiàn)，為了最大程度的實(shí)現(xiàn)局部放電事宜在具體的實(shí)施過(guò)程中的較大程度的了解，國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、西安交通大學(xué)等高校對(duì)變壓器在具體的放電過(guò)程中的一些相關(guān)的模型通過(guò)一系列的研究方式和手段作出了一系列的對(duì)比和執(zhí)行。這些研究通常利用類似圖3所示的幾種典型放電模型，并且將其置于特定的容器之中，通過(guò)測(cè)量它們的放電脈沖波形、超高頻、超聲甚至光信號(hào)，從而研究變壓器局部放電在具體的實(shí)施和管理的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)其脈沖的較大程度的發(fā)展和變化態(tài)勢(shì)的實(shí)施和執(zhí)行，這一點(diǎn)是尤為重要的，也是在具體的管理過(guò)程中，需要著力的關(guān)注和加強(qiáng)的問(wèn)題。在系統(tǒng)逆變部分，由于采用半橋電路技術(shù)，再加上系統(tǒng)的開關(guān)頻率也非常的大，開關(guān)管的開關(guān)損耗將占很大的部分，另外，逆變部分的功率損耗還消耗在開關(guān)管的導(dǎo)通電阻上，故對(duì)開關(guān)管進(jìn)行選型時(shí)，主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行選型：1、在溫度-40℃~+80℃之間要正常工作；2、能承受本系統(tǒng)電路的最大電壓和電流，及耐壓和耐流性能要達(dá)到要求；3、重點(diǎn)選用低導(dǎo)通電阻的功率MOSFET;3.3接收電路選擇方案一：半波整流電路圖3.4半波整流電路此時(shí)二極管承受正向電壓面導(dǎo)通，通過(guò)它加在負(fù)載電阻R上，在π～2π時(shí)間內(nèi)，為負(fù)半周，變壓器次級(jí)下端為正；上端為負(fù)。這時(shí)D承受反向電壓，不導(dǎo)通R上無(wú)電壓。方案二：全波整流電路圖3.5全波整流電路如果把整流電路的結(jié)構(gòu)作一些調(diào)整，可以得到一種能充分利用電能的全波整流電路。圖3-5是全波整流電路的電原理圖。方案三：全橋整流電路圖3.6全橋整流電路三相橋式半控電路三相橋式半控整流電路與三相橋式全控整流電路基本相同，僅將共陽(yáng)極組VT4，VT6，VT2的晶閘管元件換成了VD4，VD6，VD2整流二極管，以構(gòu)成三相橋式半控整流電路。3.4接收電路器件選擇綜合比較上述各接收電路，我們選擇全橋整流電路，整流二極管選取IN5822，1N5822這個(gè)是肖特基整流二級(jí)管.3.5控制電路選擇控制芯片的選擇方案一：SG3525圖3.7是SG3525的外部圖。內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如3.8所示。圖3.7SG3525外部圖圖3.8SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.Inv.input(引腳1)：誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號(hào)。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。2.Noninv.input(引腳2)：誤差放大器同向輸入端。3.Sync(引腳3)：振蕩器外接同步信號(hào)輸入端。4.OSC.Output(引腳4)：振蕩器輸出端。7.Discharge(引腳7)：振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。8.Soft-Start(引腳8)：軟啟動(dòng)電容接入端。該端通常接一只5的軟啟動(dòng)電容。9.Compensation(引腳9)：PWM比較器補(bǔ)償信號(hào)輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。10.Shutdown(引腳10)：外部關(guān)斷信號(hào)輸入端。該端接高電平時(shí)控制器輸出被禁止。該端可與保護(hù)電路相連，以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。11.OutputA（引腳11）：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端。12.Ground(引腳12)：信號(hào)地。13.Vc(引腳13)：輸出級(jí)偏置電壓接入端。14.OutputB（引腳14）：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補(bǔ)輸出端。15.Vcc（引腳15）：偏置電源接入端。16.Vref(引腳16)：基準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)電壓。特點(diǎn)如下：1、工作電壓范圍寬：8—35V。2、5.1（11.0%）V微調(diào)基準(zhǔn)電源。3、振蕩器工作頻率范圍寬：100Hz—400KHz.4、具有振蕩器外部同步功能。5、死區(qū)時(shí)間可調(diào)。6、內(nèi)置軟啟動(dòng)電路。7、具有輸入欠電壓鎖定功能。8、具有PWM瑣存功能，禁止多脈沖。9、逐個(gè)脈沖關(guān)斷。10、雙路輸出（灌電流/拉電流）：mA(峰值)。3、SG3525的工作原理方案二：UC3843UC3843是高性能固定頻率電流模式控制器專為離線和直流至直流變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。UC3843A特點(diǎn):1、微調(diào)的振蕩器放電電流，可精確控制占空比。2、電流模式工作到500自動(dòng)前饋補(bǔ)償，鎖存脈寬調(diào)制，可逐周限流內(nèi)部微調(diào)的參考電壓。表3.1UC3843引腳及功能引腳功能引腳功能說(shuō)明1補(bǔ)償該管腳為誤差放大器輸出，并可用于環(huán)路補(bǔ)償。2電壓反饋該管腳是誤差放大器的反相輸入端，通常通過(guò)一個(gè)電阻分壓器連至開關(guān)電源輸出。3電流取樣一個(gè)正比于電感器電流的電壓接至此輸入，脈寬調(diào)制器使用此信息中止輸出開關(guān)的導(dǎo)通。4RT/CT通過(guò)將電阻RT連接至Vref以及電容CT連接至地，使振蕩器頻率和最大輸出占空比可調(diào)。工作頻率可達(dá)500kHz。5地該管腳是控制電路和電源的公共地6輸出該輸出直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的柵極，高達(dá)1.OA的峰值電流經(jīng)此管腳拉和灌。7VCC該管腳是控制集成電路的正電源。8Vref該管腳為參考輸出，它通過(guò)電阻RT向電容CT提供充電電流。于此次我們主要是為了保證輸出電壓盡可能保持恒定，我們選SG3525作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)芯片，在使用時(shí)要合理安排外部器件的位置，以免錯(cuò)亂的接線使得芯片穩(wěn)定性受到影響。11腳和14腳作為芯片的輸出引腳，由于功率比較小，應(yīng)該外接圖騰柱結(jié)構(gòu)，讓驅(qū)動(dòng)功率增強(qiáng)，保證開關(guān)管的正常導(dǎo)通。圖騰柱將在下一節(jié)中介紹。3.6驅(qū)動(dòng)電路選擇變壓器對(duì)于最大程度的實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)在具體的運(yùn)營(yíng)和實(shí)施的過(guò)程中維持一種電壓正常的運(yùn)營(yíng)發(fā)展、進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)供電設(shè)備在具體的實(shí)施過(guò)程中，維持一種良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，發(fā)揮著尤為重要的作用，也是目前使用的較為頻繁的一項(xiàng)基礎(chǔ)性設(shè)備，變壓器在具體的運(yùn)營(yíng)和實(shí)際的發(fā)展過(guò)程中，如果出現(xiàn)較大程度的不穩(wěn)定的情況出現(xiàn)的話，那么最終導(dǎo)致的結(jié)果就是大幅度的斷電，進(jìn)而影響人們實(shí)際的工作與生活在具體的實(shí)施過(guò)程中的綜合需求的較大程度的實(shí)施和發(fā)展，進(jìn)而使得人們的經(jīng)濟(jì)在具體的發(fā)展過(guò)程中，造成了一系列較為重大的損失。由于目前的變壓器局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度相對(duì)較低、誤報(bào)率較高，因此一套完善可靠的變壓器局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯得極為重要。本文在具體的研究過(guò)程中，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外的一系列的優(yōu)秀的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的管理和總結(jié)，并且繼承其中優(yōu)秀的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，在UHF傳感器、HFCT傳感器、AE傳感器等局部放電信號(hào)采集設(shè)備的配合下，以圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW7.1作為軟件平臺(tái)編程核心，開發(fā)出來(lái)了一套集各種功能以及具體的應(yīng)用于一身的放電設(shè)備在具體的實(shí)施和經(jīng)營(yíng)過(guò)程中的較大程度的發(fā)展和應(yīng)用。該系統(tǒng)集合了UHF超高頻檢測(cè)、HFCT高頻電流檢測(cè)、AE超聲波檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)過(guò)往的那種傳統(tǒng)的模式實(shí)現(xiàn)了較大程度的克服，傳統(tǒng)的變壓器在具體的實(shí)施和執(zhí)行的過(guò)程中，不能對(duì)變壓器內(nèi)部具體的運(yùn)轉(zhuǎn)以及其局部的放電情況不能夠進(jìn)行較為系統(tǒng)全面的管理和監(jiān)測(cè)，這樣的一種弊端是在具體的發(fā)展過(guò)程中，需要予以著力的關(guān)注和加強(qiáng)的，只有通過(guò)這樣的一種綜合的發(fā)展模式的實(shí)施和發(fā)展，才能夠最終實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部的各項(xiàng)綜合的發(fā)展態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)出一種較為優(yōu)質(zhì)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，對(duì)于變壓器在具體的實(shí)施過(guò)程中，其局部放電的靈敏度的檢查和監(jiān)控、以及整個(gè)事宜在具體的定位過(guò)程中的較為精確的發(fā)展和定位和抗干擾能力擾。軟件上，在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采取的綜合的設(shè)計(jì)方式是通過(guò)集成模塊的方式來(lái)予以設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)的管理的，對(duì)于最大程度的提升其內(nèi)部的各項(xiàng)綜合的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及綜合的傳輸速率的提升和加強(qiáng)，不管是從宏觀的層面上，還是從微觀的層面上，都是發(fā)揮著尤為重要的作用的。另外該系統(tǒng)通過(guò)與變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)后整合內(nèi)嵌安裝，減少了變壓器在具體的作用過(guò)程中，與電磁平衡，在具體的發(fā)展和實(shí)施過(guò)程中的較大的信號(hào)干擾問(wèn)題的存在，進(jìn)而最終不管是從系統(tǒng)的靈敏性上，還是其整體的抗干擾的特性上，都能夠最大程度的實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)。通過(guò)對(duì)110/10kV地下變電站3臺(tái)主變?cè)诰€運(yùn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明：電一聲聯(lián)合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在變壓器局部放電檢測(cè)與分析方面，在具體的實(shí)施和應(yīng)用的過(guò)程中，不管是從其可實(shí)施性，還是從其綜合的應(yīng)用成效上來(lái)看，都是較為可行的一種綜合的發(fā)展?fàn)顟B(tài)的實(shí)施和執(zhí)行，而且系統(tǒng)各項(xiàng)功能均從整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的相關(guān)規(guī)定情況上來(lái)看的話，我們不難發(fā)現(xiàn)，他的各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求在具體的實(shí)施過(guò)程中，是得到了較大程度的提升和發(fā)展，能夠?yàn)樽儔浩髟诰唧w的實(shí)施和檢修的過(guò)程中，提供較大的理論依據(jù)的實(shí)施和執(zhí)行，這一點(diǎn)是尤為重要的，也是整個(gè)變壓器在具體的實(shí)施和管理的過(guò)程中，需要著力的加強(qiáng)關(guān)注和重視的問(wèn)題。圖騰柱電路的變種：一種是兩管全用NPN，但是下管通過(guò)一個(gè)反相器接到輸入，也起到同樣作用；還有一種是下管的e接到地。圖騰柱作用一方面增加了驅(qū)動(dòng)能力，另一方面，當(dāng)PWM的輸出端為低電平的時(shí)候，下管為MOS的結(jié)電容提供放電回路。圖3.9圖騰柱結(jié)構(gòu)3.6.1磁的基本概念（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度描述磁場(chǎng)方向和強(qiáng)弱的物理量，矢量，符號(hào)B。磁感應(yīng)強(qiáng)度也被稱作磁通密度或磁通量密度。（2）磁通假設(shè)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)里，有一個(gè)面積為S并且與磁場(chǎng)方向垂直的平面，面積S與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的乘積，叫穿過(guò)這個(gè)平面的磁通量，簡(jiǎn)稱磁通。標(biāo)量，符號(hào)“Φ”。S越大，B越大，磁通量就越大，就意味著穿過(guò)這個(gè)平面的磁感線的條數(shù)就越多。(3-1)（3）磁場(chǎng)強(qiáng)度磁導(dǎo)率：(3-2)真空磁導(dǎo)率： (3-3)（4）安培環(huán)路定理根據(jù)安培環(huán)路定理，包圍的正和負(fù)電流回路應(yīng)遵守右手定則。(3-4)（5）高斯定理高斯定理也稱為高斯公式，或稱作奧氏定理或高－奧公式、散度定理、高斯－奧斯特羅格拉德斯基公式、高斯散度定理。（6）磁路磁通所經(jīng)過(guò)的路徑稱為磁路。磁動(dòng)勢(shì)F=ΦRmΦ=BSS為截面積，Rm=L/μA。H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，與磁密度B和磁路材料等有關(guān)，L表示磁路長(zhǎng)度。（7）磁性材料Bs飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度：材料的成分決定了強(qiáng)度的大小，它所對(duì)應(yīng)的物理狀態(tài)是材料內(nèi)部中整齊排列的磁化矢量。矩形比：Br∕BsHc矯頑力：材料的缺陷和成分決定了材料磁化難易。P損耗：渦流損耗Pe、磁滯損耗Ph。P=Ph+Pe=af+bf2+cPe∝f2ρ下降，降低矯頑力Hc可以降低磁滯損耗ph，減薄磁性材料的厚度t以及提升材料的電阻率ρ可以降低渦流損耗Pe。磁滯回線如圖3.10所示。圖3.10磁滯回線3.6.2驅(qū)動(dòng)變壓器f=62.6KHZ（1）確定AP值A(chǔ)p——磁芯面積乘積。AP=AW×AE，磁芯面積乘積。它是磁芯窗口面積AW和磁芯有效截面積AE的乘積AP。AE是磁芯橫截面積對(duì)磁芯輸出功率的影響。根據(jù)法拉第電磁定律，。AE的面積越小，需要的匝數(shù)就越多，窗口面積需要的就越大，選定的磁芯其窗口面積是有限的，必須重新選擇窗口面積大的磁芯才會(huì)滿足功率的輸出。AW磁芯窗口面積對(duì)磁芯輸出功率的影響：正常我們按照導(dǎo)線的允許電流密度和線圈有效值的電流選取合適的線徑，選擇的導(dǎo)線的橫截面積是Irms/J。（2）選擇磁芯磁芯可選EI28或EE40EI28的材料為PC40，其參數(shù)為：Ae=86Aw=39.4Ap=AeAw=0.33EE40的材料為PC40，其參數(shù)為：Ae=128Aw=108Ap=AeAw=1.38240.33>0.28351.3824>0.2835從理論上EI28和EE40都符合條件，但是經(jīng)過(guò)實(shí)際的銅線纏繞，EI28的窗口大小不夠，所以選擇EE40。（3）計(jì)算原邊匝數(shù)Np為防止開關(guān)電源過(guò)壓擊穿，令Dmax=0.43（Dmax是占空比）。占空比是指高電平在一個(gè)周期之內(nèi)所占的時(shí)間比率。（3-5）（3-6)（4）計(jì)算匝比（3-7）(3-8）(3-9)計(jì)算副邊匝數(shù)Ns(3-10)Ns=10匝重新計(jì)算原邊匝數(shù)Np(3-11）取Np=18匝計(jì)算副邊線徑Ds(3-12）導(dǎo)線中不同點(diǎn)上與電流方向垂直的單位面積上流過(guò)的電流不同。(3-13)(3-14)(3-15)(3-16)使得導(dǎo)線的電阻增加，使它的損耗功率也增長(zhǎng)。稱為集膚效應(yīng)。電流的分布仍可認(rèn)為均勻。當(dāng)細(xì)導(dǎo)線工作在低頻時(shí)，這一說(shuō)法仍然是肯定的。取2股(3-17)計(jì)算原邊線徑Dp（3-18)(3-19)(3-20)取Dp=0.47。（3-21)取2股。3.7諧振方式選擇1、諧振定義：諧振是指電容和電感元件線性無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)對(duì)某一頻率的正弦激勵(lì)（達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)）所表現(xiàn)的端口電壓與電流同相的現(xiàn)象[14]。2、諧振電路的分類：串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路。方案一：串聯(lián)諧振圖3.11串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振的頻率、電路的固有頻率：設(shè)電源角頻率ω=ω0（或f=f0）時(shí)，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，由上面式子ωL=可得：ω0=或f0=式子說(shuō)明，RLC串聯(lián)電路諧振時(shí)ω0（或f0）僅取決于電路參數(shù)L和C，當(dāng)L、C一定時(shí)，ω0（或f0）也隨之而定，故稱ω0（或f0）為電路的固有頻率。有諧振條件可知，調(diào)節(jié)L或C使電路諧振，電感元件與電容元件的關(guān)系為：L=L0=C=C0=串聯(lián)諧振電路具有如下特性：（1）諧振時(shí)，回路電抗X=0，阻抗Z=R為最小值,且為純電阻。而在其他頻率時(shí)，回路電抗X≠0，當(dāng)外加電壓的頻率ω>ω0時(shí)，ωL>1/ωC，回路呈感性，當(dāng)ω<ω0時(shí)，回路呈容性。（2）諧振時(shí)，回路電流最大，即I’0==,且電流與外加電壓同相。（3）電感及電容兩端電壓模值相等，且等于外加電壓的Q倍。方案一：并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振電路由電感線圈和電容器并聯(lián)組成。下圖為并聯(lián)諧振電路的模型，其中R和L分別為電感線圈的電阻和電感，C為電容器的電容。圖3.12并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振電路的頻率特性：（1）電壓的幅頻特性曲線和相頻特性曲線并聯(lián)諧振，信號(hào)源用電流源表示，假設(shè)內(nèi)阻RS為無(wú)窮大。在Q遠(yuǎn)大于1的條件下，電路在某一頻率f下的回路端電壓U‘和諧振時(shí)的端電壓U‘0分別為：U‘=IS’Z=IS’/（3-22）U‘0=IS’Z0=IS’（3-23）上式分別為并聯(lián)諧振回路的電壓幅頻特性曲線方程和相頻特性曲線方程，并聯(lián)諧振電路的電壓幅頻特性曲線與串聯(lián)諧振電路的電流幅頻特性曲線具有相同的形狀，說(shuō)明Q值越大，曲線越尖銳，選擇性越好。并聯(lián)諧振電路的特點(diǎn)為：1、XL=XC，|Z|=R，電路阻抗為純電阻性。2、諧振時(shí)，因阻抗最大，在電源電壓一定時(shí)，總電流最小。各種補(bǔ)償方式如圖所（1）串聯(lián)—串聯(lián)補(bǔ)償單路（2）串聯(lián)—并聯(lián)補(bǔ)償單路并聯(lián)—串聯(lián)補(bǔ)償電路（4）并聯(lián)—并聯(lián)補(bǔ)償電路圖3.13補(bǔ)償方式串聯(lián)—串聯(lián)補(bǔ)償方式電流值太大，不適合在設(shè)計(jì)時(shí)選用。3.8諧振電感和電容選擇無(wú)線電能傳輸裝置的電路拓?fù)鋮?shù)匹配的原則如下：1、系統(tǒng)工作的頻率：在電感未定的情況下，考慮到裝置的體積，原邊的電容值不能過(guò)大，因此系統(tǒng)的工作頻率不能太??；系統(tǒng)的工作頻率要是過(guò)高，則對(duì)開關(guān)管的開關(guān)損耗又太大。2、對(duì)于原、副邊電感的確定，在無(wú)線電能裝置磁芯機(jī)構(gòu)不能確定的條件下，結(jié)合理論知識(shí)歸算電感匹配方向，同時(shí)結(jié)合具體繞制，最終得到一組合理參數(shù)。其電路拓?fù)淙鐖D3.14圖3.14串聯(lián)—并聯(lián)補(bǔ)償單路線圈參數(shù)：線圈外徑為0.2m，共11匝。設(shè)計(jì)線圈的電感（Ls）和電容（Cs）的大小，可由下面計(jì)算得到：（3-24）（3-25）（3-26）式中N是線圈的匝數(shù)，μ0為真空磁導(dǎo)率，R為線圈半徑（m），a為線圈導(dǎo)線半徑（m），ε0位真空介電常數(shù)，理論直至約為8.