基于电场耦合的水下无线电能传输系统研究

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1、基于电场耦合的水下无线电能传输系统研究ResearchonUnderwaterWirelessPowerTransmissionSystemwithElectric-fieldCoupled学科专业：信息与通信工程作者姓名：景晴晴指导教师：高镇副教授天津大学电气自动化与信息工程学院2017年11月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证一书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表

2、示了谢意。学位论文作者签名：是咿告签字日期：1,-011年！！月w日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明〉学位论文作者签名：是9树导师签名：向锐签字日期：》11年川月w日签字日期：v>ll年l／月1心日摘要无线电能传输(WirelessPowerTransfer，WPT)技术是一种将电能从发送端以非接触的方式传送给用电设备的电能传输

3、技术。由于这种传输技术在能量发送端和用电设备之间不存在直接电气连接，因而避免了传统供电方式存在的线缆老化、漏电、短路等安全隐患。利用此项技术可以解决水下用电设备在进行水下充电时面临的漏电、短路、接口插拔操作复杂等问题，并且还可以改善水下用电设备在进行海洋工作时的工作效率。本文主要研究的是基于电场耦合的水下无线电能传输系统，详细介绍了其电路组成和工作原理，并针系统中的关键部分，高频逆变，调谐网络和耦合机构进行了重点分析。首先，对基于电场耦合的无线电能传输(ECPT)技术的国内外现状进行了简要概括，以及分析了其在水下应用的优势。并从电路系统组成和工作原理方面对比分析了水下ECPT系统和空气EC

4、PT系统的差异性。其次，对水下ECPT系统的关键部分耦合机构进行了重点研究，包括其形状设计、极板材料选择、填充介质选择、等效电容值的计算以及等效电路模型等方面，并利用电磁场仿真软件Maxwell对耦合机构进行了仿真分析。最后，根据前面的理论分析，利用电路仿真软件Multisim对水下ECPT系统进行了仿真分析，对比分析不同调谐网络系统的电能传输能力以及不同频率时系统的电能传输效率的变化情况。根据仿真分析选择合适的调谐网络搭建了水下实验平台。关键词：无线电能传输，电场耦合，水下，耦合机构IABSTRACTWirelessPowerTransfer(WPT)isapowertransmissi

5、ontechnologywhichmakespowerfromtransmittertoreceiverwithoutdirectelectricalcontacts.Asaresult,theWPTcanavoidsomeriskswhichexistinthetraditionalpowertransfersystem,suchasthelinesareaging,wearandtear,leakage,andshortcircuit,etc,whichexitinthemodeoftraditionalpowersupply.Soitisverysuitabletoapplythis

6、technologytosomedevicesworkedinunderwaterenvironment.Anddealwithsomeproblemthatthosedevicesfaced.UsingtheWPTtechnologynotonlycanmeetthedemandofreal-timepowersupply,butalsoimprovetheworkefficiencyofdevices.Thispapermainlystudiestheunderwaterwirelesspowertransmissionsystemwithelectric-fieldcoupled,a

7、ndthecompositionandprincipleofthecircuitwillbeintroducedindetail.Andthreekeypartsofthesystem,highfrequencyinverter,tuningnetworkandcouplingmechanismwereanalyzed.Firstly,thestatusanddevelopmentoftechnologywithECPT