水下無(wú)線電能傳輸技術(shù)原理

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 海洋環(huán)境與空氣環(huán)境無(wú)線電能傳輸共性技術(shù)研究現(xiàn)狀 5
1.2.1 理論研究現(xiàn)狀 6
1.2.2 應(yīng)用研究現(xiàn)狀 13
1.3 海洋環(huán)境特殊性問(wèn)題研究現(xiàn)狀 14
1.3.1 理論研究現(xiàn)狀 14
1.3.2 應(yīng)用研究現(xiàn)狀 17
1.4 海洋環(huán)境中無(wú)線電能傳輸技術(shù)研究存在問(wèn)題和挑戰(zhàn) 19
1.5 本章小結(jié) 20
第2章 IPT系統(tǒng)基本原理 21
2.1 IPT系統(tǒng)電路模型 21
2.1.1 理想變壓器模型 21
2.1.2 一般變壓器模型 22
2.1.3 互感電路模型 24
2.2 IPT系統(tǒng)電磁場(chǎng)模型 36
2.2.1 IPT系統(tǒng)的復(fù)功率模型 36
2.2.2 IPT系統(tǒng)的能流密度矢量分析模型 40
2.2.3 IPT系統(tǒng)的功率傳輸模型 49
2.3 耦合模理論 50
2.4 本章小結(jié) 51
第3章 海洋環(huán)境物理參數(shù)對(duì)IPT系統(tǒng)影響機(jī)理分析 52
3.1 時(shí)諧電磁場(chǎng)基礎(chǔ) 52
3.1.1 正弦量的復(fù)數(shù)表示法 52
3.1.2 時(shí)諧電磁場(chǎng)的約束方程 53
3.1.3 時(shí)諧電磁場(chǎng)的唯一性 55
3.2 載有正弦交流電的線圈在海洋環(huán)境中的時(shí)諧電磁場(chǎng)解析解 57
3.2.1 模型建立 57
3.2.2 電場(chǎng)強(qiáng)度僅有周向分量的證明 58
3.2.3 電場(chǎng)強(qiáng)度解析表達(dá)式以及數(shù)值計(jì)算 60
3.2.4 空氣和海洋環(huán)境中的電場(chǎng)比較 65
3.3 修正互感模型 67
3.3.1 渦流損耗分析 67
3.3.2 互感修正 70
3.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 73
3.4.1 初級(jí)側(cè)電路中的等效渦流阻抗 74
3.4.2 次級(jí)側(cè)電路中的等效渦流阻抗 75
3.4.3 修正互感模型驗(yàn)證 76
3.5 海洋環(huán)境中的IPT系統(tǒng)能量分配模型 78
3.6 IPT系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化方法 80
3.6.1 無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)能效優(yōu)化準(zhǔn)則 80
3.6.2 基于遺傳算法的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 81
3.7 本章小結(jié) 92
第4章 IPT系統(tǒng)阻抗匹配 93
4.1 反Γ型補(bǔ)償結(jié)構(gòu) 93
4.2 S-S型補(bǔ)償結(jié)構(gòu) 95
4.3 S-SP型補(bǔ)償結(jié)構(gòu) 96
4.4 T型補(bǔ)償結(jié)構(gòu) 100
4.4.1 T型Vin-Vout輸出方式 100
4.4.2 對(duì)稱式補(bǔ)償結(jié)構(gòu) 102
4.5 抗偏心結(jié)構(gòu)-恒壓型輸出結(jié)構(gòu) 104
4.6 抗偏心結(jié)構(gòu)-恒流型輸出結(jié)構(gòu) 107
4.7 LCC-LCC型補(bǔ)償結(jié)構(gòu) 110
4.8 基于Boost變換器的阻抗匹配 116
4.8.1 IPT系統(tǒng)*大效率傳輸?shù)?優(yōu)負(fù)載條件 117
4.8.2 *優(yōu)負(fù)載追蹤 120
4.8.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 129
4.9 本章小結(jié) 130
第5章 互感變化下IPT系統(tǒng)設(shè)計(jì) 131
5.1 適用于海洋環(huán)境的三線圈結(jié)構(gòu) 131
5.1.1 螺旋三線圈電磁場(chǎng)解析表達(dá)式 132
5.1.2 渦流損耗 135
5.1.3 仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法 140
5.1.4 同心螺旋三線圈設(shè)計(jì) 142
5.1.5 三線圈結(jié)構(gòu)補(bǔ)償電路設(shè)計(jì) 147
5.2 互感和負(fù)載變化下恒流輸出的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)整方法 160
5.2.1 電池充電過(guò)程 160
5.2.2 雙邊LC-CCM阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)電路拓?fù)浞治?162
5.2.3 系統(tǒng)控制策略 167
5.2.4 仿真分析 169
5.2.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 173
5.3 混合拓?fù)?179
5.3.1 混合拓?fù)浠窘Y(jié)構(gòu) 179
5.3.2 四線圈結(jié)構(gòu)的耦合分析 179
5.3.3 四線圈結(jié)構(gòu)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) 184
5.3.4 四線圈結(jié)構(gòu)的傳輸特性 190
5.3.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 194
5.4 本章小結(jié) 195
第6章 海洋環(huán)境下IPT系統(tǒng)磁耦合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 196
6.1 適用于水下航行器的線圈結(jié)構(gòu) 196
6.2 弧面線圈設(shè)計(jì) 196
6.2.1 質(zhì)量計(jì)算 197
6.2.2 電磁輻射 200
6.3 抗360°旋轉(zhuǎn)偏移的螺線管線圈設(shè)計(jì) 202
6.3.1 線圈設(shè)計(jì) 202
6.3.2 電路分析 204
6.3.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 206
6.4 抗360°旋轉(zhuǎn)偏移和軸向偏移的螺線管線圈設(shè)計(jì) 208
6.4.1 線圈設(shè)計(jì) 209
6.4.2 電路分析 210
6.4.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 211
6.5 本章小結(jié) 213
第7章 IPT系統(tǒng)魯棒控制 215
7.1 GSSA建模基礎(chǔ) 215
7.2 Boost變換器統(tǒng)一建模 217
7.3 IPT系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模 220
7.4 模型仿真 227
7.5 IPT系統(tǒng)恒流充電控制器設(shè)計(jì) 231
7.5.1 IPT系統(tǒng)控制問(wèn)題描述 232
7.5.2 系統(tǒng)PID控制器設(shè)計(jì) 232
7.5.3 系統(tǒng)魯棒控制器設(shè)計(jì) 237
7.5.4 魯棒控制器性能仿真與分析 248
7.5.5 電路模型中魯棒控制器性能仿真與分析 254
7.6 本章小結(jié) 258
參考文獻(xiàn) 259