非接触供电方案
高效率非接触式电力传输系统设计与实现
高效率非接触式电力传输系统设计与实现随着科技的发展，电力传输已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
传统的电力传输方式主要基于导线输电，但这种方式存在一些问题，比如需要大量的电缆、存在电力损耗、难以在某些环境中布线等。
为了克服这些问题，非接触式电力传输系统应运而生。
本文将介绍一种高效率的非接触式电力传输系统的设计与实现。
非接触式电力传输系统采用了电磁感应的原理，通过电磁场的耦合实现电能的传输。
这种方式不需要直接接触导线，因此可以避免电线的插拔和磨损，提高了使用的便捷性和安全性。
首先，设计一个高效率的非接触式电力传输系统，需要选择合适的电磁感应方案。
常见的电磁感应方案有谐振式和非谐振式两种。
谐振式电磁感应系统通过调节电容和电感器的组合来达到谐振，提高传输效率；非谐振式电磁感应系统则利用功率与电压的法则实现电能的传输。
根据具体的需求和应用场景，选择合适的电磁感应方案是关键。
其次，非接触式电力传输系统的设计需要考虑功率传输的效率。
高效率的功率传输可以减少能量的损耗，提高系统的效能。
为了实现高效率的功率传输，需要合理设计传输装置的结构。
传输装置包括发射端和接收端两部分，发射端通过电源和适当的电路将电能转换为高频交流电能，然后通过发射线圈产生电磁场。
接收端则通过接收线圈接收电磁场，并将电能转换为可用的直流电能。
在设计传输装置的结构时，需要考虑线圈的尺寸、电路的匹配和功率的传输效率等因素。
另外，为了保证非接触式电力传输的安全性，还需要考虑防止电磁泄漏的问题。
电磁泄漏可能对周围的电子设备和人体产生干扰和危害。
为了防止电磁泄漏，可以采用合适的屏蔽材料和结构，在发射线圈和接收线圈之间设置屏蔽层，减少电磁泄漏的概率。
此外，还可以在发射端和接收端设置电磁屏蔽装置，进一步减少电磁泄漏。
最后，设计非接触式电力传输系统需要考虑实际应用和成本。
根据实际需求，设计可扩展和灵活的系统，满足不同场景和功率需求的要求。
同时，还需要考虑系统的成本，包括制造成本和维护成本等。
非接触供电装置研究与设计
非接触供电装置研究与设计摘要：在研究和分析了非接触电能传输（clpt-contactless power transfer）技术原理和应用领域的基础上，针对其clpt系统的关键技术问题进行讨论，基于ansys有限元分析方法建立了clpt系统的磁路模型、互感模型，分析了系统的传输特性，简化了松耦合变压器参数的计算方法，讨论了各种电容补偿结构对系统传输效率的影响，设计了高频逆变电路。
另外，在理论研究和仿真分析的基础上，搭建了小功率非接触供电装置，验证了设计的正确性。
关键词：非接触电能传输技术；松耦合变压器；电容补偿引言非接触电能传输技术简称 clpt （contactless power transmission），此项技术打破了电能只能通过有线方式传输的思维定势，它能在恶劣或特殊环境下代替传统的电插座，使供电侧与用电侧通过非接触的方式，间隔数毫米至十几厘米进行能量传输[1]。
我国在这一领域的研究起步较晚，从本世纪初开始，国内科研工作者开始进行相关的研究。
2001 年，西安石油学院的李宏首次在国内期刊中系统地讲述了非接触式电能传输技术的原理及应用。
重庆大学孙跃教授及其课题组从2002年开始对非接触式电能传输技术的基础理论及工程应用进行研究，自主研发了三代样机系统，并申请或授权了多项专利。
此外，浙江大学电气工程学院、中科院电工研究所、西安交通大学电气学院、南京航空航天大学等科研机构在基础理论和相应的应用领域内也做了大量的工作。
本文基于非接触式电能传输技术，自主设计完成松耦合变压器，从而设计出非接触供电传输系统，并针对手机非接触供电一些基本技术要求来为小功率负载供电。
由于没有电气连接，从根本上消除了在插拔普通电插座时产生的电火花，从而避免了因电火花引起的灾难事故。
1 非接触供电装置整体结构设计clpt系统是基于电磁感应原理的电能传输方式，电路转换是将输入clpt系统的直流电通过高频逆变电路转为高频交流电提供给松耦合变压器的原边；通过原边与副边线圈之间的电磁耦合将能量传输至松耦合变压器的副边；副边线圈上的感应电动势经整流滤波成为直流电并通过稳压模块加在负载电阻rl上。
非接触式供电系统
目录摘要 (I)Abstract (II)1 实验任务及要求 (1)1.1 实验任务 (1)1.2 实验要求 (1)1.3 实验结果说明 (1)2 非接触供电系统背景 (2)3 无线传输原理 (3)3.1微波无线能量传输 (3)3.2电磁感应式无线传输 (3)3.3 电磁共振式无线能量传输 (4)4 磁耦合谐振式无线能量传输系统 (5)4.1能量传输系统的构成 (5)4.2耦合谐振系统 (5)4.3 能量传输过程及其遵循的准则与方程 (5)5 非接触供电系统方案设计 (6)5.1 高频振荡电路设计 (7)5.1.1 设计方案 (7)5.1.2 晶振电路的工作原理 (9)5.2 功率放大器设计 (9)5.2.1 功率放大器原理 (10)5.2.2 功率放大器分类 (10)5.2.3 设计方案 (11)5.2.4功率放大器电路图 (12)5.3 AC/DC电路方案 (12)5.4 耦合线圈 (13)5.4.1 线圈电感 (14)5.4.2 线圈互感 (14)5.4.3 传输系统的最佳频率范围 (15)5.5电路总图及单元电路 (15)6方案实现与测试 (17)6.1 直流电源 (17)6.2 高频晶振振荡电路 (17)6.3 高频功率放大器 (18)6.4桥式整流电路 (19)6.5实现非接触式供电 (19)6.6 实验结果及说明 (20)六总结与体会 (22)参考文献 (22)摘要非接触供电是一种能以电气非接触方式，将功率从功率输送机提供到功率接收机的供电系统，其中功率输送组件连接到功率输送机以及功率接收组件连接到功率接收机。
功率输送组件具有用于输送功率的多个输送侧线圈以及用于接通/断开输送侧线圈的操作的多个输送侧开关。
功率接收组件具有用于接收功率的多个接收侧线圈、用于接通/断开接收侧线圈的操作的多个接收侧开关，另外，具有用于执行控制以便操作在实现最高功率输送效率的组合中的输送侧线圈的任何一个和接收侧线圈的任何一个的判定电路。
CPS非接触供电
要：CPS非接触供电系统是现代电力传输系统发展的一项重大突破。
本文介绍了AGV工作电源的现状，CPS非接触供电系统工作原理和优点，对CPS非接触供电系统在AGV现代物流中的具体应用进行了阐述，并对CPS应用前景提出了预测。
关键词：AGV；CPS；物流；应用中图分类号：F206 文献标识码：A 文章编号：一、AGV工作电源现状随着我国物流业的快速发展，大型物流仓储基地的规模越来越大，其自动化和智能化程度越来越高，采用自动导引小车AGV（Automatic Guided Vehicle）进行物流传输已成为当今自动化仓储系统中物流传输的主要方向。
自动导引小车AGV早在20世纪50年代就已经开始在工业领域使用，进入90年代，AGV已经实现了高智能化、数字化、网络化、信息化和柔性化，其实现的主要功能是在计算机和局域网的控制下，经过磁场、激光等导向装置引导并沿程序设定的路径进行运输作业，具有小车编程与停车选择装置、安全保护以及各种移载功能。
它为现代制造业物流提供了一种高度柔性化和自动化的运输方式。
传统的AGV是以电池为动力，装有非接触导向装置和独立寻址系统的无人驾驶自动运输车。
由于采用电池供电，因此，传统的AGV的功率和行驶距离受到极大的限制，AGV的利用率也不高。
为了提高AGV的利用率，就必须对AGV的电池进行经常性的充电。
为了保证AGV 在生产线上不用移出生产过程就可以完成充电，必须在安装整个生产过程系统中，在允许AGV暂停的地方（比如分段运输区，转向区，装载停止区等）设置并安装电池充电站，定时定点对AGV进行充电。
电池充电站由基板和集电器组成，基板安装在板上或者用支架侧装在AGV 运行轨道的旁边，集电器则安装在AGV上。
充电器给基板提供电流，一旦AGV 行驶到充电位，车辆上的集电器就与充电基板相接触，就会对AGV 进行充电。
随着功能强大的电池的发展，能够允许电池在几秒钟内进行快速充电，这一技术使得AGV 在生产线上不用移出生产过程就可以完成充电。
非接触供电系统
完成第（3）项
15
其他
5
发挥部分
完成第（1）项
5
完成第（2）项（最大输出功率=5W得10分，以后每增加5W得5分，最高20分）
20
完成第（3）项（转换效率从10%起每增加5%得5分，最高15分）
15
完成第（4）项
5
特色与创新
5
合计
120
2．发挥部分
（1）可同时对多种设备非接触供电。
（2）最大输出功率≥5W。
（3）转换效率≥15%（输出功率≥1W）。
（4）其他实用功能扩展及性能指标改善措施。
三、评分标准
项目
满分
基本要求
设计与总结报告：方案设计与论证，理论分析与计算，电路图，测试方法与数据，结果分析
20
完成第（1）项
20
完成第（2）项
非接触供电系统
一、任务
在不采用专用器件（芯片）的前提下，设计并制作非接触供电系统，可实现对小型电器供电或充电等功能。
超过36V），具有向其他电器设备非接触供电的功能。
（2）其他用电设备与供电部分无电接触，实现非接触供电。
（3）在输出功率≥1W的条件下，转换效率≥10%。
非接触供电
AMIDOF非接觸供電ߐ非接觸式供電系統塵活靠NCPT(Non-Contact Power Transfer)()NCPT(Non-Contact Power Transfer)非接觸式供電系統非接觸式電軌(Non-Contact Power Track)供應電力0.5k~100k感應式電力系統(Non-Contact Power Transfer)定電供電‧充電供電主機取電裝置軌道裝置軌道電纜線軌道電纜線軌道電纜線支撐架軌道裝置軌道電纜線高附加價值的無塵室非接觸式電軌(Non-Contact Power Track)，目標市場為精密機械與自動化產業。
以無塵室非接觸式電軌為目標市場為精密機械與自動化產業以無塵室非接觸式電軌為供電設備的自動化機械設備，不僅能夠滿足食品、製藥、生物科技、顯示面板、積體電路等產業對潔淨度、可靠度與彈性的高度要求，也可以大幅降低其設備維護費用。
非接觸式供電技術基本結構磁場控制系統磁場取電系統電力負載電源非接觸供電技術的基本結構1.中間是電磁結構，由電纜線和磁鐵構成電磁結構(電纜線、磁鐵)電力負載調解裝置電源頻率轉換裝置鐵構成。
2.左邊是磁場控制系統，包括電源.頻率轉換裝置和電容。
3.右邊是磁場取電系統，包括電力負載調解裝置和電容。
塵活靠NCPT(Non-Contact Power Transfer)無「電線電池電軌之傳統缺點●無「電線、電池、電軌」之傳統缺點●節省空間、彈性路徑、高效率、高附加價值●裝機配合度高、維修保養迅速確實●傳統輸送帶(Conveyor)之最佳替代方案●可使用時間長、高安全度、高潔淨度產品優勢非接觸電軌產品優勢與一般供電設備比較表供電設備優點非接觸電軌一般電線導電軌電池無磨耗.無粉塵.無火花ˇˇ×ˇ無噪音ˇ×××無電線的糾結拉扯ˇ×ˇˇ防水.防風.防腐蝕ˇ×××維修成本低ˇ×××有彈性的空間設計ˇ×ס降低搬運車體積與重量ˇˇˇ×一般最簡單最便宜的供電方式是由電線直接供電，但是受限於電線的長度，搬運車不可能跑太遠，如果系統中同時有兩台以上的搬運車，則電線會互相干擾，甚致打結。
接触式与非接触——法勒自动化的两大充电解决方案
接触式与非接触——法勒自动化的两大充电解决方案
总部位于德国北威州卡门的法勒集团是一个覆盖全球业务的家族企业，其供电产品线一直保持着与时俱进创新速度。
而近年来，法勒也在大力进军AGV 市场，并专注于研发适用于AGV的高品质充电解决方案，如何在不损害能源系统的情况下为AGV小车快速充电从而提高效率，是法勒集团面向AGV时考虑的重点问题。
法勒集团的接触式充电系统vCONTACTS的出现正是立足于这个出发点。
接触式充电系统组成的电池充电站可以安装在工业生产过程中允许AGV暂停的任意地方，刷板安装在地面上，或者用支架侧装在AGV运行轨道的旁边，刷块则安装于车辆上。
一旦AGV行驶到充电位，使得刷块和刷板接触，就会对AGV进行充电。
板上的滑入/滑出斜面能够帮助刷块平稳的驶入或驶出，安装在刷块上的毛刷可以扫除刷板上的残留物,允许误差范围在+2mm左右。
此外，为解决不同AGV厂商的需求，法勒还推出专为AGV电池充电应用开发的非接触式供电系统vPOWER-F075系列，该系列产品包含取电器F075和整流器RE075两个部分，输出电压24V，可提供最大31.25A的充电电流为电池充电，整流器RE075配置有CANopen 通讯功能，可以通过CANopen接口向AGV上的PLC传输状态信息和输出参数信息做到自主监控，实现了AGV自主充电的无人化管理。
不但如此，享有全球高品质服务供电解决方案商美誉的法勒集团还提供AGV小车充电解决方案定制服务。
虽是新入局的AGV充电方案解决商，但法勒的百年招牌和技术实力为其赢得一大批AGV业内本体厂商的青睐。
日本铁路车辆非接触供电技术
负载侧负载二次线圈（次级线圈）一次线圈（初级线圈）电源（交流电）电源侧注：为磁束。
图1 电磁感应非接触供电原理图图2 高效利用可再生能源的非接触供电技术电力公司注： 为电能流向。
基于可再生能源的发电厂非接触供电电缆蓄电池电动车组图3 车站设置的非接触供电系统示意图蓄电池电动车组车载集电感应线圈非接触供电电缆高频电源变电设备车站为车站周围低速运行的列车供电延长充电时间，供电以辅助列车加速行驶的区间设置非接触供电电缆，同样可以起到上述的分担作用。
4 非接触供电系统构成图4展示了铁道综研开发的铁路车辆非接触供电系统。
该系统由铺设于左右钢轨之间地面上的非接触供电电缆和搭载在车上的集电感应线圈构成。
为在列车行驶了无接触电力传输试验无论在列车停车或行驶时40 kW 的电力。
5 车载集电感应线圈设计为便于安装到铁路车辆上尽可能小型化、轻量化图4 铁道车辆非接触式供电系统车载集电感应线圈非接触供电电缆钢轨图5 试验电动车组无接触电力传输试验现场图非接触供电电缆车载集电感应线圈钢轨展示了图6白色参考灰色部分形状并考虑加工制造工艺的可行性及成本等因素，采用可以大幅减小集电感应线圈力を8-11.图6 优化计算结果示例集电感应线圈纵向长度优化计算后得出的各种方案根据要求选出的最佳方案设计区域均填充铁芯的极端方案图7 计算所得的最优化铁芯形状铁芯设计区域铁芯钢轨钢轨集电感应线圈导体非接触供电电缆Contactless power supply technology forrailway vehicles in JapanAbstract: With the increasing emphasis on global carbonneutrality, railway electrifi cation will become an irreversibletrend, and railway vehicles equipped with batteries willbecome one of the mainstreams in the future. Contactlesspower supply technology can transmit power withoutphysical connection of cables. Compared with traditionalcontact power supply technology, it has the advantagesof safer, more convenient and better maintainability.Therefore, it is necessary to develop contactless powersupply technology to make vehicle battery recharging easier.This paper briefly describes the contactless power supplysystem for railway vehicles developed by Railway TechnicalResearch Institute of Japan Railways, and introducesthe corresponding design scheme of miniaturization andlightweight of onboard collector induction coil.。
非接触供电技术及水下应用
非接触供电技术及水下应用非接触供电技术是一种通过电磁场或无线能量传输的方法，实现对设备进行供电而无需直接连接电源线的技术。
这种技术的应用广泛，包括水下应用。
接下来，我将详细介绍非接触供电技术及其在水下应用中的重要性和优势。
非接触供电技术主要依靠电磁感应原理进行能量传输。
当一个电源端产生交流电流时，通过电磁感应作用，能量可以被传输到接收端，进而为设备提供电能。
这种技术常被用于充电设备，例如无线充电器。
非接触供电技术有以下几个关键优势：1. 简化供电过程：使用非接触供电技术可以省去传统有线连接电源的麻烦。
例如，当我们使用无线充电器给手机充电时，只需要将手机放在充电器上方便即可，无需再连接充电线和电源插座。
这种无线充电方式大幅度简化了供电过程，提高了供电的便捷性。
2. 提高设备的可靠性：非接触供电技术减少了电源和设备之间的物理接触，从而减少了由于接触不良或连接线故障导致的供电不稳定和设备损坏的可能性。
此外，由于非接触供电技术能通过空气中的电磁场进行能量传输，因此设备的外部封装可以更好地保护设备内部的电子元件，提高了设备的可靠性。
3. 提供更高的安全性：由于非接触供电技术无需使用电源线进行供电，因此可以减少电器及人体之间的直接接触。
这种技术可以降低电击和火灾的风险，提高了使用设备的安全性。
在水下应用中，非接触供电技术具有特殊的重要性和优势。
传统的有线供电方式在水下应用中受限制，因为水和电能的直接接触可能会引发电击事故。
而非接触供电技术可以通过电磁场或无线能量传输的方式，在水下环境中为设备提供稳定的电能。
非接触供电在水下应用中可以广泛应用于海洋研究、水下通信、水下设备供电等领域。
例如，科学家们可以使用非接触供电技术给潜水机器人或水下观测设备供电，从而实现长时间或连续的水下探索和监测任务。
无线供电可以消除由于有线连接易受到水流、污染物和海洋生物的干扰导致的设备故障的问题。
同时，非接触供电技术还可以用于水下通信系统。
无接触供电系统
引言传统的输电方式需要供电系统和负载之间有电气连接，所以，在一些恶劣环境下（如地下采矿，水下作业等）或负载在高速移动中对其供电时，应用会受到很大的限制。
因此，寻求一种更为有效、安全的输电方法显得非常必要。
无接触供电系统CPS（Contactless Power System）利用磁场耦合进行电能传送，不需要任何电气连接，可以在一些恶劣环境下及负载移动时有效地替代传统的输电系统。
无接触供电，是指输电线路和负载方在没有电气连接和物理接触，甚至它们之间还有相对运动的情况下，实现电能的传输。
无接触供电系统的理论依据是电磁感应原理。
目前国际上普遍采用的具体解决方案是利用气隙变压器来实现电能的无接触传输。
常规变压器的原、副边线圈绕在共同的闭合的铁芯上，虽然磁路耦合系数很高，但原、副边线圈不能相对运动。
而CPS变压器的原边绕组可安置在输电轨上，延伸为很长的环线，副边线圈绕在围着原边绕组可以移动的开口铁芯上，其原理图如图1所示。
因其磁路经气隙而闭合，故可称之为气隙变压器，其原、副边之间通过电磁感应实现电能传输，因气隙导致的耦合系数的降低由提高原边输入电源的频率加以补偿。
正是这种结构，使得无接触供电与传统方式相比有以下优点：1）供电系统和负载之间无任何接触，无磨擦，易维护；2）不受负载运动速度的限制；3）无噪声污染；4）能在各种恶劣的条件下工作（如水下、冰雪天气和地下等）；5）由于频率高，因此体积小。
近年来无接触供电系统受到国际上学术界和工程技术界的瞩目，已经在传送设备、集装箱起重机、机器人、深海采油、地下采矿等领域得到广泛的应用。
2.无接触供电原理在无接触供电系统中，利用气隙变压器实现原副边之间的电能输送。
在外加电压作用下，变压器原边的交流电在铁芯中产生交变磁通，由于磁势主要降落在变压器的气隙两端，所以磁通密度以下式计算：其中，s为气隙变压器的气隙长度，I0为励磁电流。
根据电磁感应定律，原、副边的电势为：其中，Np为气隙变压器的原边线圈匝数，Ns为气隙变压器副边线圈匝数，AFe为铁芯截面积。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
本次设计主要是通过非接触供电（CPS ）方式来给超级电容充电，超级电容要求能够驱动12V ，100W 电机。
系统结构框图如下图所示：
电源
整流滤波
高频逆变
初级线圈
主控制器
次级线圈
整流滤波
DC /DC
负载
如上图所示本次设计是利用整流器将两相或三相工频交流电源经过整流滤波成直流电源，经过整流滤波后的直流电源将向高频逆变电路的输入端提供，经过逆变电路的高频逆变
之后的高频交变电流输入到初级线圈端，经电磁感应在次级产生相应频率的感应电流，经过整流滤波及电压电流调节装置后给超级电容充电。
一、系统总体设计
CPS 系统设计主要包含以下几个方面：电路设计（包括原边电路设计和副边电路设计）、电源参数选择（原边电流大小、系统工作频率、副边电流大小）、铁芯结构设计（线圈绕组参数）。
1、整流滤波电路设计：
D1~D4 这4 个整流二极管组成单相桥式整流电路，并联电容C 进行滤波。
整流电路采用全桥整流滤波，滤波后输出的电压平均值为输入交流电压AC 有效值的1.2 倍。
2、高频逆变电路设计：
主要是利用MCU 控制功率开关管通断的方式进行高频逆变，高频逆变的实现电路，一般采用下图 所示的MOSFET 管组成的全桥逆变谐振电路的原理图来实现，在其中采用M1，M2，M3，M4 共四个MOSFET 管，通常采用双极性控制方式进行控制，开关管M1，M4 同相工作，开关管M2，M3 同相工作，同时保证同一桥臂的开关管不同时导通，以避免短路。
通过对开关管的通断实现将直流电转换为高频交流电，完成逆变。
同时，非接触供电系统中，逆变后一般需要采用谐振补偿的方式实现电能的传输，如下图 所示，Lp,Cp 分别为原边线圈电感和补偿电容，它们满足关系式：
2πfL=1/2πfC
这里f为逆变后交流电的频率。
通过谐振使得系统工作在谐振状态，以提高整个系统的传输功率和效率。
3、分离变压器设计：
静止式分离变压器目前大致具有两种不同的结构类型，一种是采用无磁芯的形式；另一种采用有磁芯的结构，利用两个E 型磁芯、两个U 型磁芯或者是不同形状的磁芯的结合都可以进行非接触的电能传输。
下图所示为一采用两个半罐形磁芯所组成的分离变压器示意图，该分离变压器采用近似于对称的两个半罐形磁芯来进行电磁能量的传输，图中的粗实线表示主磁通的方向，而虚线表示漏磁通的方向，主磁通主要从磁芯中通过，也有一部分漏磁通没有经过主磁路而直接经过空气形成了回路。
静止型分离变压器主要用在原、副边没有相对运动的场合，如各种电气设备的电池充电、各种小型家电如手机、笔记本、PDA 等的非接触供电等。
4、拾电器设计（副边整流滤波设计）
拾电器的次级线圈感应到的能量需要经过相关电路的处理方能转化为可用的直流信号加载到负载上。
拾电器部分的电路示意图如下：
图中输Ui输入的是拾电器上感应到的能量，即副边磁芯上的次级线圈感应到的从原边初级电缆上发射出来的能量。
电容C1 容值较大，主要起到高通滤波的作用，将低频信号去除；电容C2 容值较小，则是低通滤波作用，滤除频率比基波信号高很多的高频信号，让信号以及接近基波频率信号的波形通过。
电感线圈L1 和C3、C4 构成并联谐振，主要是进一步起到滤波选频作用，然
后通过D1-D4进行整理，通过电容进行滤波输出Uo给超级电容充电。