应用于电力智能锁的无线充电系统研究

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随着我国电力系统规模逐年扩大,为了推进信息化电网工程建设和达到安全防护目的,管理部门已经开始给电力设备安装智能锁。这种智能锁可以通过计算机或手机对锁具实施远程控制和管理,认证使用者身份防止钥匙被盗配或盗用,记录用户操作历史、明确管理责任以及远程通信将操作过程实时上传到计算机管理系统。由此可见,相比于传统机械锁,电力智能锁实用性更强、安全性更高,极大地提高了工作效率,方便电网集中化监管。现如今使用较多的电力智能锁由锁具内嵌电池或外接有线电源供电,这些供电方式存在一定弊端,更换老化电池增加工作量和成本,而且配电网日常检修操作环境复杂。无线充电系统(Wireless Charging System)作为一种电新型能传输方式,它的优越性表现在随用随充节能环保,非接触式充电保障配电网用电安全,未来将是电力智能锁供电方式的首选。首先,本文介绍三种电能传输技术的原理和研究应用现状,重点研究电磁感应耦合式无线电能传输方式,分析电力智能锁无线充电系统的功能需求及性能设计要求;再利用Matlab仿真研究输出功率和传输效率两者分别受工作频率、耦合系数的影响。接着,依次介绍能量收、发单元的电路结构,以及两单元之间信号反馈调节过程,为后面电路模块设计提供理论依据;也对补偿网络的选择做了研究分析,并在Matlab/Simulink平台搭建仿真电路的验证下,得到适用于本次设计的S-S型补偿结构。然后,设计耦合单元,对线圈材质、形状大小、电阻、自感互感、耦合系数和品质因数展开分析,通过研究线圈特性获得提高系统效率的方法;采用ANSYS Maxwell软件做有限元仿真,研究线圈偏移的影响,分析在轴向和径向两个偏移方向的磁场强度分布情况和互感、耦合系数的变化情况;针对偏移损耗问题提出磁吸式耦合结构,充电中利用磁体吸合引导收发线圈对准,仿真验证耦合性能受磁体结构影响较小;另外,设计了铁氧体隔磁片来减小漏磁,提高传输效率。最后,选择适用于电力智能锁发送单元和接收单元的控制芯片,设计外围电路,介绍通信过程。为验证系统可行性,搭建了一个电力智能锁实验平台,对该无线充电系统进行了一系列性能测试和可靠性测试,本文研究内容能推进电力智能锁的普及。图[90]表[17]参[64]
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