面向水下应用的无线能量传输系统关键技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文面向水下应用的无线能量传输系统关键技术研究博士研究生：于乐指导教师：王宏健教授学科、专业：模式识别与智能系统哈尔滨工程大学2016年6月万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文面向水下应用的无线能量传输系统关键技术研究博士研究生：于乐指导教师：王宏健教授学位级别：工学博士学科、专业：模式识别与智能系统所在单位：自动化学院论文提交日期：2016年4月论文答辩日期：2016年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据ClassifiedIndex：U.D.C：ADissertationfort

2、heDegreeofD.EngResearchonKeyTechnologiesofWirelessPowerTransmissionSystemforUnderwaterApplicationCandidate：YuLeSupervisor：Prof.WangHongjianAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpecialty：PatternRecognitionandIntelligentSystemDateofSubmission：Apr,2016DateofOralExaminat

3、ion：Jun,2016University：HarbinEngineeringUniversity万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识

4、产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：导师(签字)：日期：

5、年月日年月日万方数据万方数据面向水下应用的无线能量传输系统关键技术研究摘要无线能量传输技术的提出，使得用电设备摆脱了电线的束缚，解决了用电设备移动灵活性差、接触产生电火花等问题，在恶劣环境下可保证工作的安全性与可靠性。目前国内无线能量传输技术的研究多针对于空气中的能量传输，对于水下环境无线充电的研究还比较缺乏。水下设备供电采用湿插拔连接，长期操作接口处会产生磨损造成漏电的隐患。因此，将无线能量传输技术应用到水下设备的供电，通过非接触式的能量传输，可以有效避免以上问题。本文主要针对水下应用无线能量传输系统关键技术进行研究。首先，针对海水介质导电

6、特性的不同，从电磁波水下传输特性研究入手，提出适用于水下无线能量传输系统的工作频率范围；基于该工作频段设计一套面向水下应用的无线能量传输系统；建立松耦合变压器互感模型，考虑海水因素影响，提出一种适用于海水环境的无线能量传输系统建模方法，分析改进后的模型与原始模型之间性能的差异。其次，针对谐振补偿网络传输特性研究，提出一种不同目标下谐振补偿网络结构参数调节方法，针对四种谐振补偿网络传输特性对比分析所优选出的PSSS和PSSP结构完成系统参数整合设计，为系统实现大功率、高效率且稳定的工作特性奠定设计基础；针对传统分析方法过程复杂且不具有通用性的问

7、题，提出一种适于广义补偿的松耦合变压器双口网络统一建模方法，针对单边补偿和双边补偿网络结构建立统一的输出功率模型与传输效率模型，在保证计算精度的基础上简化分析过程。再次，针对系统发生频率分叉、负载突变及负载阻抗不匹配对系统稳定性的影响，提出一种分级参数调整的系统稳定性优化设计方法，从系统频率稳定性、输出电压稳定性及负载匹配三个方面加以优化，使系统在满足稳定性的前提下，实现输出功率最大化以及传输效率最优的工作性能。接下来，根据系统性能指标设计一套完整的无线能量传输系统，完成系统主电路各部分的设计；综合考虑影响松耦合变压器的各种因素，提出一种多参

8、数影响下的电磁场仿真分析方法，综合分析磁芯、线圈、气隙间距、周围介质及外部电路参数对磁场分布的影响，进而优化松耦合变压器设计；通过电路仿真验证系统设计的合理性及负载