【摘 要】
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海洋资源的开发和利用对国家经济的发展有重要作用。海洋环境监测是关心海洋、认识海洋、经略海洋的前提和基础。锚系浮标能够实时、准确、全自动获取海洋各项环境参数,在海洋监测系统中扮演着不可或缺的角色。但是水下传感器的供电问题一直制约着锚系浮标的发展。感应耦合电能传输（Inductive Coupled Power Transmission,ICPT）技术能够避免导线直连供电和自容式供电方式存在的可靠性差
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海洋资源的开发和利用对国家经济的发展有重要作用。海洋环境监测是关心海洋、认识海洋、经略海洋的前提和基础。锚系浮标能够实时、准确、全自动获取海洋各项环境参数,在海洋监测系统中扮演着不可或缺的角色。但是水下传感器的供电问题一直制约着锚系浮标的发展。感应耦合电能传输（Inductive Coupled Power Transmission,ICPT）技术能够避免导线直连供电和自容式供电方式存在的可靠性差、无法长期续航等不足,特别适用于为锚系浮标水下传感器供电。在ICPT系统中,水下负载或环境因素的改变会导致系统输出电压失稳。为了提高锚系浮标ICPT系统输出的稳定性,避免电压或电流过载对设备造成损坏,本文提出了一种双LCC-S型补偿拓扑结构,旨在实现锚系浮标ICPT系统负载端电压的稳定输出。主要内容如下:首先,从海洋探测和锚系浮标的研究背景与意义出发,分析了ICPT技术的优势及研究的必要性;论述了国内外在ICPT技术领域的代表性研究成果和研究进展,重点对ICPT系统恒流恒压的方法进行了综述;并依据国内外研究技术的特点,确定了本文的研究目的及研究内容。其次,从锚系浮标系统结构及工作原理出发,对逆变电路移相调压原理进行分析;在对电磁耦合器等效建模的基础上,针对性的分析了在负载或环境因素变化时,保证水上一次侧线圈恒流是实现ICPT系统恒压输出的必要条件,并建立了锚系浮标ICPT系统互感模型。然后,在对四种基本谐振补偿拓扑对比分析的基础上,提出了一种新型的双LCC-S型拓扑补偿结构;对双LCC-S型拓扑中负载端、系留缆、水上初级端三个回路的电路模型进行了分析,建立了初级端线圈电流和负载端输出电压的数学表达式;并分析了频率与耦合系数对系统电能传输效率的影响。最后,分析了保证ICPT系统恒压输出,双LCC-S补偿电路需要满足的参数条件;基于设计的电路参数,利用Multisim仿真软件搭建了仿真模型,分别对负载变化前后初级端线圈电流和负载端输出电压的波形进行了分析;设计制作了系统硬件电路,搭建实验平台,进一步对系统的恒流、恒压效果进行了验证;仿真及实验结果表明:当负载在50Ω～200Ω之间发生变化时,本文设计的双LCC-S型补偿电路能够保证ICPT系统输出电压波动在±5%以内。
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