水下無線電能傳輸技術原理

《水下無線電能傳輸技術原理》，張克涵 著，出版社： 科學出版社。

科學出版社是由中國科學院編譯局與1930年創建的龍門聯合書局於1954年8月合併成立的；目前公司年出版新書3000多種，期刊500多種，形成了以科學（S）、技術（T）、醫學（M）、教育（E）、人文社科（H）為主要出版領域的業務架構。

目錄

內容簡介

水下無線電能傳輸技術能很好地滿足目前水下航行器智能化、多功能、遠航程、精確導航的發展需求。《水下無線電能傳輸技術原理》系統闡述水下基於磁耦合的無線電能傳輸(IPT)系統的電能傳輸機理、系統設計和控制方法，主要內容包括無線電能傳輸技術研究現狀、IPT系統基本原理、海洋環境物理參數對IPT系統影響機理分析、IPT系統阻抗匹配、互感變化下IPT系統設計、海洋環境下IPT系統磁耦合結構設計及IPT系統魯棒控制等。

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前言

第1章 緒論 1

1.1 引言 1

1.2 海洋環境與空氣環境無線電能傳輸共性技術研究現狀 5

1.2.1 理論研究現狀 6

1.2.2 應用研究現狀 13

1.3 海洋環境特殊性問題研究現狀 14

1.3.1 理論研究現狀 14

1.3.2 應用研究現狀 17

1.4 海洋環境中無線電能傳輸技術研究存在問題和挑戰 19

1.5 本章小結 20

第2章 IPT系統基本原理 21

2.1 IPT系統電路模型 21

2.1.1 理想變壓器模型 21

2.1.2 一般變壓器模型 22

2.1.3 互感電路模型 24

2.2 IPT系統電磁場模型 36

2.2.1 IPT系統的復功率模型 36

2.2.2 IPT系統的能流密度矢量分析模型 40

2.2.3 IPT系統的功率傳輸模型 49

2.3 耦合模理論 50

2.4 本章小結 51

第3章 海洋環境物理參數對IPT系統影響機理分析 52

3.1 時諧電磁場基礎 52

3.1.1 正弦量的複數表示法 52

3.1.2 時諧電磁場的約束方程 53

3.1.3 時諧電磁場的唯一性 55

3.2 載有正弦交流電的線圈在海洋環境中的時諧電磁場解析解 57

3.2.1 模型建立 57

3.2.2 電場強度僅有周向分量的證明 58

3.2.3 電場強度解析表達式以及數值計算 60

3.2.4 空氣和海洋環境中的電場比較 65

3.3 修正互感模型 67

3.3.1 渦流損耗分析 67

3.3.2 互感修正 70

3.4 實驗驗證 73

3.4.1 初級側電路中的等效渦流阻抗 74

3.4.2 次級側電路中的等效渦流阻抗 75

3.4.3 修正互感模型驗證 76

3.5 海洋環境中的IPT系統能量分配模型 78

3.6 IPT系統的參數優化方法 80

3.6.1 無線電能傳輸系統能效優化準則 80

3.6.2 基於遺傳算法的參數優化設計 81

3.7 本章小結 92

第4章 IPT系統阻抗匹配 93

4.1 反Γ型補償結構 93

4.2 S-S型補償結構 95

4.3 S-SP型補償結構 96

4.4 T型補償結構 100

4.4.1 T型Vin-Vout輸出方式 100

4.4.2 對稱式補償結構 102

4.5 抗偏心結構-恆壓型輸出結構 104

4.6 抗偏心結構-恆流型輸出結構 107

4.7 LCC-LCC型補償結構 110

4.8 基於Boost變換器的阻抗匹配 116

4.8.1 IPT系統*大效率傳輸的*優負載條件 117

4.8.2 *優負載追蹤 120

4.8.3 實驗驗證 129

4.9 本章小結 130

第5章 互感變化下IPT系統設計 131

5.1 適用于海洋環境的三線圈結構 131

5.1.1 螺旋三線圈電磁場解析表達式 132

5.1.2 渦流損耗 135

5.1.3 仿真與實驗驗證方法 140

5.1.4 同心螺旋三線圈設計 142

5.1.5 三線圈結構補償電路設計 147

5.2 互感和負載變化下恆流輸出的阻抗匹配網絡調整方法 160

5.2.1 電池充電過程 160

5.2.2 雙邊LC-CCM阻抗匹配網絡電路拓撲分析 162

5.2.3 系統控制策略 167

5.2.4 仿真分析 169

5.2.5 實驗驗證 173

5.3 混合拓撲 179

5.3.1 混合拓撲基本結構 179

5.3.2 四線圈結構的耦合分析 179

5.3.3 四線圈結構的補償網絡 184

5.3.4 四線圈結構的傳輸特性 190

5.3.5 實驗驗證 194

5.4 本章小結 195

第6章 海洋環境下IPT系統磁耦合結構設計 196

6.1 適用於水下航行器的線圈結構 196

6.2 弧面線圈設計 196

6.2.1 質量計算 197

6.2.2 電磁輻射 200

6.3 抗360°旋轉偏移的螺線管線圈設計 202

6.3.1 線圈設計 202

6.3.2 電路分析 204

6.3.3 實驗驗證 206

6.4 抗360°旋轉偏移和軸向偏移的螺線管線圈設計 208

6.4.1 線圈設計 209

6.4.2 電路分析 210

6.4.3 實驗驗證 211

6.5 本章小結 213

第7章 IPT系統魯棒控制 215

7.1 GSSA建模基礎 215

7.2 Boost變換器統一建模 217

7.3 IPT系統數學建模 220

7.4 模型仿真 227

7.5 IPT系統恆流充電控制器設計 231

7.5.1 IPT系統控制問題描述 232

7.5.2 系統PID控制器設計 232

7.5.3 系統魯棒控制器設計 237

7.5.4 魯棒控制器性能仿真與分析 248

7.5.5 電路模型中魯棒控制器性能仿真與分析 254

7.6 本章小結 258

參考文獻 259