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郑磊本科附件
本科学生毕业设计（论文）
附
件
目录
任务书2
文献综述5
开题报告10
译文15
译文原文
附件A
重庆大学本科学生毕业设计（论文）
任务书
设计（论文）题目非接触电能传输系统
无功补偿电路设计
学院自动化学院
专业自动化专业
学生姓名郑磊
指导教师姓名、职称孙跃教授
助理指导教师姓名、职称任江洪助教
下发日期2005年12月20日
设计（论文）的主要内容与要求：
非接触电能传输系统CPT是一种新兴的高新技术，它属于电力电子和电力传动的新领域。
它克服了传统的电能传输的缺点，避免了传统电能传输方式裸露导体的存在和接触火花的产生,实现了电能的安全传输。
主要研究集中在给移动设备，特别是在恶劣环境下的供电问题，如电动汽车，起重机，运货行车以及水下和井下设备。
其能量等级、距离、效率等指标都不断提高，目前实用的设备已达到200kW，数km的传输距离和85%以上的传输效率。
本篇论文的主要内容是研究如何控制电流高次谐波对电力系统的干扰，从而限制无功功率在线路中的传输，以提高功率因数和传输效率。
具体的来说，主要是应用自动控制技术、电力电子技术、电磁学等实现电能的逆变，研究非接触电能传输方式下，电能传输中的功率补偿问题，动态补偿方法及控制要求，着重分析非接触电能传输系统的频率稳定性问题，提出补偿方法，并给出基本的电路设计，且对电路用仿真软件进行仿真分析。
最后根据电路设计及仿真结果制作出非接触供电系统硬件电路，并对硬件电路进行试验调试分析及改进。
进度安排
序号
设计（论文）工作进度
日期（起止周数）
1
查阅相关资料，学习非接触电能传输方面的基本常识，完成开题报、外文翻译、文献综述；
1—3周
2
学习电力电子高频逆变技术、非接触供电技术相关理论、无功补偿方面的知识以及相关电路调试软件
4—7周
3
设计动态调谐电路，分析调谐原理及控制方法
8—11周
4
进行硬件电路的制作及相关试验
12—13周
5
通过对设计电路仿真，完成电路功率补偿分析；并进行仿真测试
1415周
6
完成毕业设计论文
16周
7
毕业论文答辩
17周
主要参考文献：
[1].苏玉刚，陈渝光.电力电子技术.重庆大学出版社.2003
[2].周守昌.电路原理.高等教育出版社.1999
[3].路秋生.高频交流电子镇流技术与应用.2004
[4]罗日成.输电线路中点无功补偿对传输功率极限的影响[J].长沙电力学院学报.2000.15.2～5
[5]ASynchronousRectificationUsingaDigitalPLLTechniqueforContactlessPowerSupplies.HidekazuMiura.IEEETRANSACTIONSONMAGNETICS,VOL.41,NO.10,OCTOBER2005
[6]HarashimaF.Powerelectronicsandmotioncontrol-afutureperspective.ProceedingsofIEEE，1994.82（8）：
1107-1111
同组设计（论文）者：
系负责人意见：
签字：
年月日
学院负责人意见：
签字：
年月日
学生签字：
接受任务时间：
2006年2月22日
注：
任务书由指导教师填写。
附件B
重庆大学本科学生毕业设计（论文）
文献综述
题目非接触电能传输系统
无功补偿电路设计
学生姓名郑磊学号20024036
指导教师评语：
指导教师评定成绩签字：
交叉评阅教师评语：
交叉评阅教师评定成绩签字：
文献综述：
CPT系统中功率补偿的研究及展望
1.引言：
传统电能传输主要通过导线直接接触进行,在一般环境下这种方式合理有效,被广泛采用。
但在一些特殊环境,如易燃易爆场合、运动设备和水下系统,这种电能传输方式的安全性难以得到保证。
非接触电能传输系统利用电磁感应耦合技术与电力电子技术,避免了传统电能传输方式裸露导体的存在和接触火花的产生,实现了电能的安全传输，弥补了传统供电方式在移动负载和特殊环境应用中的不足。
该课题涉及的知识有电力电子技术，自动控制技术，电源技术，还有电磁学原理等，研究的主要问题是无功功率补偿以及如何实现电能的最大功率及最大效率传输。
由于大容量电力和交流设备及非线性负荷的出现,加上电路的动态工作,造成电网中电流含有高次谐波,网侧电流波形仅为尖峰脉冲,电压、电流的畸变较大,供电系统负载侧的端电压降低，总的功率因数在0.5～0.7之间。
为提高电力系统供电质量,对网侧进行大功率的功率补偿和用户自身的小功率补偿成为目前研究的热点之一。
交流正弦电路是电路的理想模型,按照傅立叶分析,非正弦周期电流可看作一系列不同频率的正弦量之和，因此交流正弦电路的功率定义适当与否直接影响对非正弦电流的功率补偿的研究，在现有的《电路》教材中,对无功功率正负值不清晰,由此引出的对非正弦电路中无功功率的计算更没有统一标准，因此对交流正弦电路功率定义的完善是必要的。
1.1、非接触电能传输的相关术语
整流：
整流是使交流电能转换成直流电能的方法。
晶闸管相控整流电路是广泛应用的将交流电能转换成直流的交直流变换电路。
在工业生产和科学实验中，很多设备如直流电动机的调速、同步发电机的励磁、电焊、电镀等都需要电压可调的直流电。
滤波：
滤波为获得平滑的直流，可以通过无源或有源的滤波电路来实现。
逆变：
逆变是使直流电转化成交流电的方法。
包含有源逆变和无源逆变两种，
变流电路工作在逆变状态时，如果把交流器的交流侧和电网连接，将直流电能逆变为同频率的交流电能反馈到电网中去，称为有源逆变；如果交流器的交流侧直接接到负载，把直流电能逆变为某一频率或者可调频率的交流电能供给负载，则称为无源逆变。
变压：
变压器是交流变压最常用的装置，相位控制也能完成交流变压，线性补偿、频率变换、时间分割（脉冲宽度调制，即著名的PWM）等都能实现变压。
直流变压最常用的手段就是DC/DC变换，无源和有源分压器是小功率直流变压较简便的方法。
调压：
在变压的基础上加以步进和连续的设置就成为调压。
根据需要可以手动、自动或遥控。
斩波：
直流斩波电路是将直流电能转换成另一固定电压或可调的直流电能的DC/DC变换电路。
典型的斩波电路有元斩波电路、推进斩波电路、元-推进斩波电路和Cuk斩波电路。
变换：
变换的含义是由一种状态转变到另一种状态。
比如交流—直流之间的转换；正弦波、方波、三角波、梯形波、脉冲波、特种波等波形转换；低频—高频转换；光、热、机械、风、磁、理化等能量与电能之间的转换。
电能变换涉及的技术非常多，常见的有参数稳压、线性反馈稳压、磁放大器技术、数控调压技术、相控技术、变频、PWM、SPWM、软开关PWM、移相谐振、无功补偿、功率因数校正、电流均分、传感采样、驱动保护、储能、充电、抗干扰、电磁兼容等等。
实际需要推动这些技术不断发展和进步，使电源装置能满足负载各种各样的需求。
瞬时功率：
表示一个任意无源二端网络在任一瞬时吸收的功率，即瞬时功率
p（t）=u（t）*i（t）
平均功率：
平均功率等于瞬时功率在一个周期内的平均值
视在功率：
在正弦电流电路中，二端网络吸收的平均功率为P=UI*cosβ
其中cosβ是功率因数；功率因数等于平均功率与视在功率之比。
无功功率：
Q=UIsinβ，它表示有一部分能量在电源和电路之间振荡，代表电路的等效电抗吸收的瞬时功率，反映了电源和电路之间能量往返交换的速率，是平均意义上不能做功的无功分量。
电能传输技术发展到今天，已融汇了电子、电力、功率集成、控制理论、材料、传感、计算机、电磁兼容、热工等诸多技术领域的精华，已从多学科交叉的边沿学科成长为独树一帜的功率电子学。
1.2.电力电子学的定义与发展
1.2.1电力电子学的相关概念：
电力电子学这一名称是在20世纪60年代出现的。
1974年，在美国的W.E.Newell认为电力电子学是一门交叉于电气工程三大领域——电力学、电子学和控制理论之间的边缘学科技术。
具体的说电力电子是一门利用电力电子器件、电路理论和控制技术对电能进行处理、控制和变换的学科，是现代电子学的一个重要分支，也是电工技术的分支之一。
电力电子技术主要由三个部分组成：
电力电子器件，变流技术和控制技术。
电力电子器件是电力电子技术的基础；变流技术是电力电子技术的核心和主体，对电力的变换主要包括频率、电压、电流、相数和波形等。
按照电能变换功能分类，电力变换通常可分为四大类，即交流变直流AC/DC、直流变交流DC/AC、直流变直流DC/DC、交流变交流AC/AC。
1.2.2电力电子的发展：
一般认为，电力电子技术的诞生是以1958年美国通用电气公司研制出第一个工业用的普通晶闸管为标志的。
40多年来，电力电子技术的发展大体可以分为两个阶段。
1957—1980年称为传统电力电子技术阶段。
在这个阶段，电力电子器件以半控型的晶闸管为主，变流电路以相控电路为主。
1980年之后至今称为现代电力电子技术阶段。
目前全控型电力电子器件已经大量使用，PWM的变流电路已经普及，数字控制已经逐渐取代了模拟电路。
现代电力电子技术在器件、电路及其控制技术方面与传统电力电子技术相比主要有如下特点：
集成化、高频化、全控化、控制电路弱电化和控制技术数字化
1.2.3电力电子理论的新发展
电力电子技术进一步活跃起来主要表现如下：
（1）电力电子器件是以开关方式运行的非线性元件，迫切需要建立非线性电路理论，并解决分布参数问题；
（2）电力电子装置多数是谐波源，给电网带来了严重的谐波污染，有源补偿和有源滤波新技术是抑制电网污染、改善电力品质的有效措施；（3）电力电子技术向高频、大功率方向发展，分布参数问题日益重要，这给“场路结合”的电工新理论提出了许多新课题。
（4）为了分析和设计多变量、非线性、强耦合的交流电机调速系统，需要进一步应用和发展已有的非线性控制理论；（5）电力电子开关常发生重复性的瞬态过程，它不同于常规电路中的过渡过程分析，需要借助计算机仿真和最优设计方法对其进行精细的计算分析；（6）节能效果更好、使用更方便的矩阵式交-交变频系统，很可能替代已普遍采用的交-直-交变频系统；（7）对频率、相位、相数，波形等参数的充分研究和综合调控，特别是三相以上的多相电机、多相变换系统的原理、设计理论，实现及其带来的效益将引起重视；（8）电力电子技术呼唤新电工材料的出现；（9）适合于非正弦量测量的新型电工仪器、仪表的出现；（10）与电力电子紧密相关的集成化、电子化的新型智能电机，其原理、设计和应用等课题需要深入研究。
2、参考文献：
[1]苏玉刚，陈渝光.电力电子技术[M].重庆大学出版社.2003.
[2]周守昌.电路原理[M].高等教育出版社.1999.
[3]李爱文，张承慧.现代逆变技术及其应运[M].科学出版社.2000.
[4]高云．交流正弦电路的功率定义及功率补偿[J]．自然科学报.1999.12.（3）
[5]罗日成.输电线路中点无功补偿对传输功率极限的影响[J].长沙电力学院学报.2000.15.2～5
[6]张磊，姚若萍．无接触供电技术的发展和应用前景[J]．电工技术杂志.2004.1.34～36.
[7]ASynchronousRectificationUsingaDigitalPLLTechniqueforContactlessPowerSupplies.HidekazuMiura.IEEETRANSACTIONSONMAGNETICS,VOL.41,NO.10,OCTOBER2005
[8]HarashimaF.Powerelectronicsandmotioncontrol-afutureperspective.ProceedingsofIEEE，1994.82（8）：
1107-1111
[9]ContactlessPowerDeliverySysytemforMiningApplications，K.W.KlontzandD.W.Novotny,IEEETransactionsofIndustryApplications,Vol.31,No.1,January/February,1995.
[10]10kHzinductivelycoupledpowertransfer-conceptandcontrol,GreeenA.W.,Boy,J.T.,IEEConferencePublication399Oct26-2819941994IEEp694-6990537-9987.
附件C：
重庆大学本科毕业设计（论文）
开题报告
设计（论文）题目非接触电能传输系统中的
无功补偿电路设计
学院自动化学院
专业自动化专业
学生姓名郑磊学号20024036
指导教师姓名、职称孙跃教授
助理指导教师姓名、职称任江洪助教
完成日期2006年3月10日
1、课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析）
该课题研究的目的是应用自动控制技术、现代控制理论、电力电子技术、电磁学实现电能的逆变，研究非接触电能传输方式下，负载功率变动时，系统工作频率的稳定性问题以及电能传输和变换过程中的无功功率补偿问题。
它综合了电力电子开关器件的应用、功率变换技术、自动控制技术、电力电子技术、电磁学和变频技术等。
非接触式供电技术抛开了传统的用电设备通过电缆等和电源直接接触的供电模式，它利用高频逆变技术和电磁感应原理，结合现代电力电子技术和控制方法，利用空气作为松耦合介质，通过高频辐射的方式向电气设备提供电能。
这种新型的非接触式供电方式比传统供电方式具有更大的灵活性，避免了传统电能传输方式裸露导体的存在和接触火花的产生,实现了电能的安全传输。
在非接触式供电装置中，为了提高松耦合系数下能量的传输功率和传输效率，必须将原边线圈中的电流频率提高到20kHz左右甚至更高，这就必须采取高频逆变方式。
近年来，随着电力电子技术及材料技术的快速发展，电力电子功率开关器件在高压大容量化、高频化、全控化及集成化等各个方面取得了长足的进步。
各种大功率可关断电力电子器件的开关频率不断提升，如大中功率变频装置常用的绝缘栅双极晶体管IGBT的最高频率已经能达到20kHz或者更高。
这些功率开关器件的高开关频率为高频逆变的物理实现提供了基础。
在大功率电力电子功率开关器件的实际应用中，基于高速IGBT的20kHz频段的高频逆变技术已经相当成熟，而更高的50kHz频段的高频逆变技术也处于稳步发展中。
非接触式移动供电装置采用20kHz以上的这一频段，实验证明，这一频段的电磁波不会对周围环境造成危害。
非接触式移动供电技术的应用前景：
随着社会的不断发展进步，各种电气设备尤其是移动电气设备日益进入到我们生活领域的方方面面，工矿企业和交通运输业等行业中的移动采掘设备与装吊设备等对电能供应的灵活性提出了较高的要求，而非接触式移动供电技术的出现很好地解决了这个问题，因而具有广阔的发展前景。
（1）,便携式电子产品的灵活供电近年来，随着消费类电子产品的不断更新换代，各种便携式电子产品相继出现，然而以往的便携式产品如PDA、掌上电脑、手机等都配套了相应的电源转接器和充电器，从而使得电源的供应相当繁琐，尤其是在多个产品需要充电时更是如此。
非接触式供电技术摆脱了一大堆电线和转接器的限制，通过一个充电板可同时向多个能量接收器提供电源。
无线式充电器一出现即引领了世界潮流，随着非接触式供电技术的发展与日趋成熟，各种无线式电子产品将成为个人消费类电子产品的热点。
（2）,电动汽车等电动交通工具的供电随着全球的环境保护意识的增强，人们对于现在最大的空气污染源———汽车尾汽的排放提出了更严格的标准，作为问题的解决方案，电动汽车成为各国的研究热点。
上述所提及的非接触式供电装置可以为行驶中的汽车提供电能供应，并能为汽车蓄电池进行感应快速
充电，为电动汽车的电能供应提供了良好的能量解决方案。
（3）,工矿企业、装配车间等各种移动装吊设备、行车、采掘设备的灵活供电目前工矿企业的各类移动装吊设备以及矿车大都采用接触式供电装置，这种常规的供电方式不仅影响了设备的移动灵活性，其滑、滚动取电方式所造成的电火花形成了非常严重的安全隐患，甚至于造成生命财产的重大损失。
而非接触式供电方式能适应于恶劣的工作环境，完全消除了电火花的产生，具有较大的灵活性，符合安全生产的要求，在工矿企业有巨大的市场需求前景。
（4）,内置式电子装置的灵活供电随着医疗技术的发展以及军事需求，人体内置式电子装置相继出现，如人工心脏等。
而人体内置式电子装置的一个关键问题就是电能的供应问题，当前人体内置式电子装置所采用的电源供应通常是利用穿透皮肤的导线和体外的电源直接相连，这种点到点的供电方式不仅影响了人体的活动范围，而且容易造成感染。
而采用非接触供电方式对体内的蓄电池进行充电则可解决这一难题。
2、课题任务、重点研究内容、实现途径及进度计划
课题任务：
CPT系统中的功率补偿
——关于非接触供电系统中的无功功率补偿问题
该课题所研究的非接触电能传输技术是一种新型的电能传输技术，它弥补了传统供电方式在移动负载和特殊环境应用中的不足，是电能传输理论发展的新阶段。
由于大容量电力和交流设备及非线性负荷的出现,加上电路的动态工作,造成电网中电流含有高次谐波,网侧电流波形仅为尖峰脉冲,电压、电流的畸变较大,供电系统负载侧的端电压降低，总的功率因数在0.5～0.7之间，为提高电力系统供电质量,对网侧进行大功率的功率补偿和用户自身的小功率补偿成为目前研究的热点之一。
本课题主要是应用自动控制技术、电力电子技术、电磁学等实现电能的逆变，研究非接触电能传输方式下，电能传输中的功率补偿问题，动态补偿方法及控制要求，着重分析非接触电能传输系统的频率稳定性问题，提出补偿方法，并给出基本的电路设计，且对电路用仿真软件进行仿真分析。
最后根据电路设计及仿真结果制作出非接触供电系统硬件电路，并对硬件电路进行试验调试分析及改进。
重点研究内容：
（1）通过阅读相关文献和资料，了解非接触电能传输方式下功耗损失问题以及造成损失的原因，并且提出补偿方法以实现电能的最大功率及最大效率传输；
（2）通过阅读相关文献和资料，在非接触电能传输方式下，当负载功率变动时，系统工作频率的稳定性问题，并设计相关的保护电路。
（3）通过阅读相关文献和资料，在非接触电能传输方式下，电能传输中的功率补偿问题以及补偿方法，动态补偿方法及控制电路的要求。
实现途径：
（1）阅读文献了解非接触供电系统的应用前景及研究现状，了解无功功率补偿的概念和方法，知道无功补偿的重要性，并进行相应的保护电路和控制电路的设计；
（2）查阅相关资料，熟悉相关的仿真软件，并能对控制电路和保护电路编程和仿真，根据仿真结果初步确定电路相关的参数；
（3）根据上一步骤的仿真结果和相关电路的参数要求，进行相关的硬件电路制作与实验测试，优化各个电路参数；
（4）最后进行硬件电路调试和稳定性分析，找出不稳定因素从而减小影响频率的外界因素，最终确定各个电路的最优参数。
报告人签名：
2006年3月2日
3、进度计划
序号
日期
进度安排
1
1－3周
查阅相关资料，学习非接触电能传输方面的基本常识，完成开题报、外文翻译、文献综述；
2
4－7周
学习电力电子高频逆变技术、非接触供电技术相关理论、无功补偿方面的知识以及相关电路调试软件；
3
8－11周
设计动态调谐电路，分析调谐原理及控制方法；
4
12－13周
进行硬件电路的制作及相关试验；
5
14－15周
通过硬件电路实验，完成电路稳定性分析；并进行仿真测试
6
16－17周
完成毕业设计论文
7
18周
毕业论文答辩
4、指导教师意见
指导教师签名：
年月日
说明：
1、开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在毕业设计开始后两周内完成。
2、“课题的目的及意义”至少1200字，“课题任务、重点研究内容、实现途径及进度计划”至少1000字。
3、本页不够，请加页。
附件D：
重庆大学本科学生毕业设计
外文译文
指导教师评语：
指导教师评定成绩签字：
交叉评阅教师评语：
交叉评阅教师评定成绩签字：
学生姓名：
郑磊完成日期2006年3月2日
译文:
非接触感应供电
——基于非接触供电浪涌抑制的特大电容技术的研究
摘要：
本文描述的是一种联合非接触感应供电和特大电容技术的动态传输电能的方法,兼有普通模式和微分模式两种瞬时现象。
该技术使用了非接触感应供电技术和三到四个特大电容以给浪涌电流保护提供动态隔离,从而不需要物质接触.为了达到给浪涌电流保护提供动态隔离，计算机仿真系统模拟了两套不同的系统，结果正在研究之中。
其中的一种系统的模板已经开始利用，用浪涌仿真器的实验结果表明了被提议方案的有效性以及不间断供电和电能传输中紧急事件的相宜性。
关键词：
不间断供电，特大电容，电磁干扰
1.介绍
今天，许多电力系统都是靠交流有效供应线路转换成低压直流围栏驱动的。
这些电力系统非常精致而且对直流电压的变化非常敏感，因此，在实用供电系统中会倾向于波动，而且瞬时浪涌电流现象会随着线路影响下去。
这些瞬时浪涌电流现象对电力系统的功能发挥和可靠性都是有害的。
因此，很多针对系统减小或消除浪涌现象的努力都正在研究实施当中，特别是当在直流到交流的变换场合时。
在这些系统和方法中，不间断电源是最常见和最受欢迎的，它的使用范围较广，从较便宜的没有浪涌保护的离线系统到昂贵成熟的有保护性和孤立性的在线系统。
因而，在不间断电源的所有应用场合里，瞬时浪涌现象对不间断电源和工作装置都是有害的。
不管是在以前还是现在，输电线路上的瞬时浪涌现象在自然界中都是比较复杂的。
这些瞬时浪涌现象的形式和IEEEC62.40标准中所描述的一样。
考虑到解决方案的复杂度和成本的不合理性，用电子学去消除标准中所定义的这些震荡现象是不经济的,也是不可行的。
在具体实施的时候往往只能局部解决问题，主要受陷于金属氧化物，半导体，受损装置和器件，与IEEEC62.41标准中的描述一样。
基于联合感应电能传输和特大电容技术的系统，被提议用来解决上面所提到的有关震荡的问题。
这个实施系统使用感应非接触电能传输技术,不用物质接触就把电能传输到三个特大电容。
电能是以这样一种方式传输的：
在某一时刻只有一个电容用于传输电能，而另外两个则是空闲或者为了电子隔绝和浪涌保护而连接到负载。
负载和电源之间的动态孤立是靠连接到ICPT电路中的一组开关顺序切换到负载来完成的。
这种技术对低电能UPS系统是非常有用的并且对普通模式的和微分模式的震荡都能有效的抑制。
另外，它能代替UPS整流系统中的电池电源并且能给能储存电能的特大电容器充电，以给它们一个很好的电池性能。
2.ICPT技术
ICPT技术是奥克兰大学、新西兰大学电力电子研究学会共同研究的，不需
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