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水下景观灯无线供电系统研制

Development of Wireless Power Supply System for Underwater Landscape Light

【作 者】林枫

【摘 要】

随着人们思想意识、生活方式的不断改变,人们对于城市生活质量的要求越来越高,传统的单功能路灯已不能满足人们的需求。景观照明以其独特的艺术魅力正在吸引大众的目光,并越来越受到人们的青睐。目前,水下景观灯普遍采用线缆供电方式,由于其所处环境恶劣,该供电方式必然会限制水下灯的防护强度,产生供电安全隐患、布线施工困难以及后期维护麻烦等不可避免的缺点。电磁感应耦合能量传输(Inductive Coupled Power TransferICPT)技术能够通过空间磁场耦合的方式实现电能从静止电网向用电设备的非接触传输,从而解决了传统供电方式存在的上述问题,迎合了人们对日常生活中的电气设备安全高效性、灵活性和智能化的需求,为景观灯的研究和发展开拓了一种新思路。

ICPT 基于法拉第电磁感应原理,综合利用电力电子能量变换技术、磁场耦合技术以及现代控制理论和方法等,以其原理简单、容易实现、近距离传输效率高、传输功率大等特点,越来越受到工业界和学术界的广泛关注,成为研究热点。因此本文主要基于 ICPT 技术原理和控制方法,研究适用于中小功率等级 ICPT 系统的设计流程和方案,并研制出一款 100W 的无线供电系统,实现电能的非接触传输。

在研究过程中,作者主要做了以下工作:

① 对 ICPT 系统的基本结构和原理做了简要介绍,分析了该无线供电系统的技术需求,确定了系统的电路结构。

② 分析对比了几种高频逆变电路、谐振网络模型、整流滤波电路以及稳压电路的优缺点和适用情况,设计了系统的主电路。

③ 设计出系统的耦合机构,用 mathcad 软件建立了系统的数学公式,计算出系统工作时的电路参数,并研究了系统的电路参数设计和器件选型。

④ 设计了系统保护电路、驱动电路、控制电路等辅助电路。

⑤ 用 simulink 软件仿真出系统的控制效果,并搭建实验平台对系统进行了功能性验证。

【关键词】水下灯;无线供电;ICPT;系统设计;器件选型

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