无接触供电装置的研究

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1、无接触供电装置的研究【摘要】在易燃易爆等特殊环境下，传统供电装置的安全性能难以得到保证。文章讨论了新型的无接触供电装置的基本原理，对无接触供电装置的主电路结构进行了研究，并且分析设计了装置主电路中的整流电路、全桥逆变电路的结构。同时，文章也结合目前无接触供电技术的研究现状，探讨了无接触供电技术的发展方向。【关键词】无接触供电装置；主电路结构；整流电路；全桥逆变电路1.引言在现代化的工业生产中，尤其是在矿井、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，就很可能引起爆炸而造成重大事故。在水下场合，接触式电能传输存在电击的潜在危险。在给气密仪器设备内部

2、供电时，接触式电能传输需要采用特别的连接器设计，成木高并且难以确保设备的气密性。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，迫切需要新型的电能传输方法。于是，无接触供电技术应运而生，成为当前电能传输领域的研究热点。2.无接触供电的特点和应用前景无接触供电，指输电线路和负载方在没有电气连接和物理接触的情况下，实现电能的传输。这种传输方式可以克服传统导线供电方式所具有的电击、火花、磨损等缺陷，使供电系统和负载之间无任何接触和摩擦，易于维护，并且不受负载运动速度的限制，从而能在水下、冰雪天气和地下等各种恶劣的条件下工作。FI前，无接触供电技术应用领域广泛，覆

3、盖各种功率等级，小到人造器官、日用电器、机器人，大到移动机电设备、电动汽车、磁悬浮列车。可以说，无接触供电技术是现代电力传输技术发展的一项重大突破。现在,无触点供电技术正朝向大功率电气设备、小功率便携式电子装置、工作于特殊环境的电气设备等方面发展；其具有维护简单、无器件磨损、安全性能好、自动化程度高等优点，在这些领域内都具有非常广阔的应用前景。1.无接触供电技术的原理无接触供电技术的理论依据是电磁感应原理。目前国际上普遍釆用的解决方案是利用气隙变压器来实现电能的无接触传输。常规变压器的一次、二次线圈绕在共同的闭合铁心上，虽然磁路耦合系数很高，但一次、二次线圈不能相对

4、运动。而无接触供电技术就是将这种变压器模型的一次线圈和二次线圈分开，一次绕组可安装在输电轨道或埋设于地面以下，延伸为很长的环路；二次线圈绕在围着一次绕组可以移动的开口铁心上。磁耦合装置可以采用多种形式。图1(a)所示，原边绕组和副边绕组分别绕在分离的铁芯上；图1(b)中原边采用空芯绕组，副边绕组绕在铁芯上；图1(c)中的原边采用长电缆，副边绕组绕在铁芯上。因为磁路经气隙而闭合，一二次线圈相互分离，所以称之为分离式变压器；其一次侧、二次侧之间通过电磁感应实现电能传输。与常规变压器不同，无接触供电装置中的变压器由于气隙的存在，其铁心中的磁通密度很小。为了产生足够的电势、

5、增加传输功率以满足负载的需要，目前普遍采用的方法是提高一次侧交流电的频率，以增大变压器铁芯内交变磁场的频率，并对一次线圈和二次线圈的漏感进行补偿，从而得到较大的二次侧感应电势。4•无接触供电装置的结构基于分离式变压器的无接触供电装置的电路结构图如图2所示。整个电路山交流电源、一次整流滤波、高频逆变、分离式变压器、二次整流滤波和负载组成。交流电源产生的交流电压经整流滤波后得到直流电压，再经高频逆变装置将直流逆变为高频交流，这种高频交变电流经分离式变压器的一次发送线圈向外界辐射电磁能量，通过一二次线圈间的电磁耦合，二次接收线圈中将产生同频率的交变电流，得到感应电压，经二

6、次整流电路整流后对负载供电。5.无接触供电装置的电路设计5.1装置主电路电路输入的是15V交流电源，频率为50Hz的交流电，通过整流桥整流后的电压人约20V,经过逆变桥高频逆变，经过串联谐振电路得到6.8kHz高频交流电，通过分离变压器驱动负载电路。5.2稳压源电路稳压源电路为电路各部分提供工作电压。电路中的控制芯片需要一个稳定的工作电压才能可靠工作。本装置需要的辅助电源冇：+5V,+12V。以+12V为例，其电路图如图4所示。稳压源电路由变压器、整流电路和稳压电路组成。5.3整流电路设计整流器采用的是型号为D25SBA60的整流桥，整流后用电容滤波，滤波电容用來滤

7、除交流成分。使输出的直流更平滑。在电源设计中，滤波电容的选取原则由经验公式：其屮：R为负载电阻，C为滤波电容，T为交流电周期；考虑到后边接负载时电流大概在0.5A左右，C选取1000uF、电压大于20V的电容。5.4逆变电路的工作原理全桥逆变电路由四个IRF840组成，每个IRF840由一个可控器件和一个反并联二极管组成，组成4个桥臂，桥臂VT1和VT4作为一对，桥臂VT2和VT3作为另一对，如图3中所示。设负载为纯电阻负载，直流侧电压为U,输出电压为Ulo工作时，成对的桥臂同时导通，而两对桥臂的通断状态又互补，当VT1和VT4导通时，VT2和VT3关闭，输出电