電場(chǎng)耦合無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)安全性問(wèn)題研究.pdf

1、電場(chǎng)耦合無(wú)線(xiàn)電能傳輸（Electrical-field Coupled Power Transfer, ECPT）技術(shù)是一種以金屬極板作為耦合機(jī)構(gòu)，高頻電場(chǎng)作為能量傳輸介質(zhì)的電能無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，由于具有耦合機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)易輕薄、周?chē)鷮?dǎo)體不會(huì)產(chǎn)生渦流損耗、電磁兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者的廣泛關(guān)注，并在電動(dòng)車(chē)、水下探測(cè)、醫(yī)療設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域取得了諸多研究成果。但由于 ECPT系統(tǒng)的耦合極板需要高頻高壓激勵(lì)才能有效地傳輸電能，所以系統(tǒng)一般

2、需要通過(guò)諧振網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸入電壓進(jìn)行數(shù)十倍的抬升。在大功率應(yīng)用場(chǎng)合，極板電壓可能達(dá)到數(shù)千伏，這使得ECPT系統(tǒng)的安全性問(wèn)題備受關(guān)注。過(guò)高的極板電壓一方面會(huì)使得系統(tǒng)周?chē)慕饘賹?dǎo)體產(chǎn)生靜電感應(yīng)電壓，人體接觸會(huì)引發(fā)觸電的危險(xiǎn)；另一方面高壓極板所激發(fā)出的強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)周?chē)娜藛T也會(huì)產(chǎn)生不良影響。
　　本文針對(duì) ECPT系統(tǒng)耦合極板產(chǎn)生的電場(chǎng)輻射以及極板周?chē)慕饘賹?dǎo)體產(chǎn)生的靜電感應(yīng)電壓?jiǎn)栴}，綜合應(yīng)用電路理論、電磁場(chǎng)理論和電力電子技術(shù)，以保證ECPT系統(tǒng)

3、的安全性為目標(biāo)展開(kāi)研究工作，主要的研究?jī)?nèi)容包含：
　　(1)人體觸電等效電路的建立。通過(guò)對(duì)目前ECPT系統(tǒng)常用的逆變電路及諧振網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了對(duì)比分析，選擇通用性強(qiáng)并適合大功率場(chǎng)合的全橋串聯(lián)諧振型 ECPT系統(tǒng)作為研究對(duì)象。針對(duì)極板周?chē)饘賹?dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電壓可能引發(fā)的觸電問(wèn)題，引入耦合極板與金屬導(dǎo)體形成的等效電容模型以及人體阻抗模型，建立了人體接觸導(dǎo)體時(shí)的等效電路。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)不同極板的電壓特性進(jìn)行分析，推導(dǎo)了人體接觸導(dǎo)體時(shí)的觸電

4、電壓，并根據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)，提出了限制觸電電壓在安全范圍以?xún)?nèi)的約束條件。
　　(2)多約束條件的參數(shù)設(shè)計(jì)方法。針對(duì)實(shí)際 ECPT系統(tǒng)除了需要滿(mǎn)足安全性約束，還需達(dá)到期望的傳輸功率及效率的問(wèn)題，提出了一種多約束條件的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，在保證系統(tǒng)不發(fā)生靜電感應(yīng)電壓觸電的前提下，滿(mǎn)足期望的傳輸功率及效率。
　　(3)極板周?chē)妶?chǎng)輻射分析。為了研究耦合極板周?chē)臻g的電場(chǎng)輻射情況，利用有限差分法對(duì)耦合機(jī)構(gòu)周?chē)碾妶?chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得到電場(chǎng)的分布情

5、況，結(jié)果表明處于電能發(fā)射端的極板會(huì)向外激發(fā)更強(qiáng)的電場(chǎng)，在設(shè)置極板周?chē)陌踩褂镁嚯x時(shí)需要優(yōu)先考慮。
　　(4)層疊式耦合機(jī)構(gòu)建模及電場(chǎng)屏蔽效果分析。針對(duì)平鋪式耦合機(jī)構(gòu)需要設(shè)置較大的安全使用距離，不利于設(shè)備小型化發(fā)展的問(wèn)題，利用不同極板的電壓差異，將耦合機(jī)構(gòu)改進(jìn)為極板層疊的形式，使得低電壓極板對(duì)高電壓極板產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)進(jìn)行屏蔽，減小耦合機(jī)構(gòu)對(duì)于外界的電場(chǎng)輻射。最后基于Matlab/Simlink以及Maxwell軟件搭建了仿真模型，仿