轨道交通无线供电技术

轨道交通无线供电系统是一种采用电磁感应式无线电能传输技术的新型无接触网供电系统，其突破了传统有线供电对接触网的依赖，能够提高城市轨道交通供电的美观性和安全性。本书重点阐述轨道交通无线供电系统的关键技术，包括各类型耦合机构、系统功率提升技术、恒流-恒压补偿拓扑设计方法、系统效率优化方法、输出波动抑制技术、电磁兼容技术以及新型电场耦合技术等，对相关理论基础和设计方法进行介绍，并对近期新研究进展进行论述。本书可供相关行业科研人员和工程技术人员参考，也可作为高等院校相关专业师生的参考用书。

前言
第1章 绪论 1
1.1 城市轨道交通无接触网供电技术概况 1
1.1.1 地面接触供电技术 1
1.1.2 车载储能供电技术 2
1.1.3 无线供电技术 2
1.2 无线电能传输技术发展历程概述 3
1.3 无线电能传输技术的分类 5
1.3.1 超声波无线电能传输技术 5
1.3.2 微波无线电能传输技术 6
1.3.3 激光无线电能传输技术 7
1.3.4 电场耦合式无线电能传输技术 7
1.3.5 磁场耦合式无线电能传输技术 8
1.4 无线电能传输技术的发展现状 9
1.4.1 耦合机构研究现状 9
1.4.2 补偿拓扑研究现状 10
1.4.3 功率提升研究现状 13
1.4.4 效率提升研究现状 14
1.4.5 电场耦合式无线电能传输技术研究现状 15
1.4.6 磁屏蔽研究现状 16
1.5 无线电能传输技术的应用现状 17
1.5.1 小功率无线电能传输技术的应用现状 17
1.5.2 中功率无线电能传输技术的应用现状 18
1.5.3 大功率无线电能传输技术的应用现状 20
参考文献 23
第2章 无线电能传输系统耦合机构 31
2.1 静态WPT耦合机构 31
2.2 动态WPT耦合机构 36
2.3 本章小结 38
参考文献 39
第3章 无线电能传输系统功率提升方法研究 40
3.1 基于级联多电平的功率提升技术 40
3.1.1 级联系统原理与结构设计 41
3.1.2 级联系统输出功率与自平衡特性分析 43
3.1.3 级联系统谐波消除 43
3.1.4 无线电能传输系统输出功率调节方法 44
3.1.5 实验验证 45
3.2 基于逆变器并联的功率提升技术 48
3.2.1 并联系统原理与结构设计 48
3.2.2 并联系统环流消除策略 50
3.2.3 环流消除控制方法 52
3.2.4 实验验证 53
3.3 基于多发射-单接收的功率提升技术 57
3.3.1 工作原理与结构设计 57
3.3.2 线圈电流控制方法 60
3.3.3 实验验证 61
3.4 基于双发射-双接收的功率提升及解耦技术研究 64
3.4.1 双发射-双接收电磁耦合机构 65
3.4.2 双发射-双接收的无线电能传输系统研究 66
3.4.3 接入解耦变压器的电路建模 68
3.4.4 系统控制框方法 69
3.4.5 实验验证 70
3.5 本章小结 73
参考文献 73
第4章 无线电能传输系统恒流-恒压及抗偏移方法研究 75
4.1 基于变补偿参数的恒流-恒压充电方法研究 76
4.1.1 基于串-串补偿拓扑电路分析 76
4.1.2 恒流-恒压切换电路分析 78
4.1.3 实验验证 80
4.2 基于重构拓扑的恒流-恒压充电方法研究 83
4.2.1 重构拓扑电路分析 83
4.2.2 混合拓扑电路的参数设计 88
4.2.3 实验验证 89
4.3 基于混合重构拓扑的抗偏移恒流-恒压输出研究 93
4.3.1 混合重构拓扑电路 94
4.3.2 混合重构拓扑的参数设计 98
4.3.3 实验验证 101
4.4 基于串联第三线圈的抗偏移恒定输出方法研究 105
4.4.1 加入第三线圈的耦合机构分析 105
4.4.2 串联第三线圈的松耦合变压器设计 106
4.4.3 实验验证 108
4.5 本章小结 111
参考文献 111
第5章 无线供电系统效率优化方法研究 113
5.1 基于很优负载电阻的单发射-单接收系统效率优化 114
5.1.1 电路模型与分析 114
5.1.2 半控整流系统及其控制方法 117
5.1.3 实验验证 120
5.2 基于电流分配的双发射-单接收系统效率优化 123
5.2.1 电路模型与分析 124
5.2.2 很优效率工作点 126
5.2.3 控制方法 128
5.2.4 实验验证 129
5.3 基于电流分配的单发射-双接收系统效率优化 130
5.3.1 电路模型与分析 130
5.3.2 很优效率工作点 133
5.3.3 控制方法 135
5.3.4 实验验证 137
5.4 本章小结 137
参考文献 137
第6章 无线供电系统输出波动抑制方法 139
6.1 基于发射端耦合机构优化的输出波动抑制方法 139
6.1.1 三相无线供电系统电磁耦合机构设计及优化 139
6.1.2 三相无线供电系统电路模型分析 144
6.1.3 实验验证 146
6.2 基于接收端耦合机构优化的输出波动抑制方法 149
6.2.1 双接收线圈的电磁耦合机构设计及优化 149
6.2.2 双接收线圈的无线供电系统电路模型分析 156
6.2.3 实验验证 159
6.3 基于双自由度鲁棒控制的输出波动抑制方法 160
6.3.1 分段动态供电的互感摄动问题 160
6.3.2 无线供电系统的广义状态空间平均建模 162
6.3.3 双自由度鲁棒控制器设计 165
6.3.4 实验验证 169
6.4 本章小结 173
参考文献 173
第7章 无线供电系统电磁兼容技术 174
7.1 引言 174
7.2 基于削弱辐射源的无线供电系统电磁兼容技术 175
7.2.1 辐射源 175
7.2.2 削弱辐射源的具体方法 176
7.2.3 基于阻断辐射路径的无线供电系统电磁屏蔽技术 178
7.2.4 电磁环境评价方法研究 186
7.2.5 无线供电系统对生物体的影响 186
7.3 本章小结 187
参考文献 188
第8章 新型电场耦合式无线电能传输技术 189
8.1 电场耦合式无线电能传输系统电压优化和功率提升方法 189
8.1.1 电场耦合式无线电能传输系统传输机理 189
8.1.2 基于双边CL拓扑结构的电压优化系统设计方法 190
8.1.3 基于多组发射极板的功率提升方法研究 200
8.2 电场耦合式无线电能传输系统抗偏移补偿拓扑研究 204
8.2.1 基于LC-CLC补偿拓扑的系统偏移特性分析 205
8.2.2 耦合机构抗偏移分析 210
8.2.3 具有高抗偏移性系统构建与验证 214
8.3 基于电场和磁场耦合混合方式的无线电能传输系统研究 217
8.3.1 混合系统原理 218
8.3.2 提升传输功率的电场和磁场耦合混合系统研究 221
8.3.3 电场和磁场混合实验系统构建与验证 226
8.4 本章小结 229
参考文献 229