第一篇：電梯電能回饋裝置的應用

電梯能量回饋裝置的應用實踐

————李維善

一、我國電梯發展的簡要回顧

統計數據顯示，1979年以前，我國的在用電梯不到１萬臺。八十年代以來，隨著經濟建設的持續高速發展，國內電梯需求量越來越大，新增數量整體呈快速上升趨勢，并持續至今。

根據歷年的統計數據：1986年，我國大陸地區電梯年產量突破1萬臺；1997年達到了近3萬臺；2002年首次突破6萬臺；2006達到16.8萬臺，成為全球之首。2007年達到21.6萬臺，這個產量超過了全球當年電梯產量的40%。中國電梯協會提供的信息顯示，截止到2007年底，中國大陸在用電梯總數達917 313臺，成為世界電梯保有量最大的幾個國家之一。各省份電梯數量如下：

單位：臺 北 京 78945 重 慶 22949 天 津 17771 貴 州 5273 河 北 15379 云 南 13203 山 東 30089 河 南 18684 內 蒙 5843 江 西 9429 山 西 9149 湖 南 上 海 94637 湖 北 浙 江 86104 陜 西 福 建 31040 新 疆 廣 西 13279 甘 肅 廣 東 204057 寧 夏 海 南 7057 青 海 安 徽 13980 西 藏 江 蘇 79566 黑龍江 四 川 23400 吉 林 遼 寧 35047 總計 917313

22035 23351 16597 8092 6838 2210 1845 766 11964 8734 根據有關方面提供的對酒店，寫字樓等的用電情況調查材料顯示，當出租率或者入住率比較高的時候(超過85%)，建筑物內電梯的用電量可以達到建筑物總用電量的15%—25%僅次于建筑物內制冷、空調的用電量，高于樓內公共區域照明，供水等的用電量。隨著電價的不斷上漲，電梯節能已經成為廣大電梯使用單位十分關注的問題。近年，新建的樓宇中帶有電能回饋裝置的電梯已經逐漸開始被建設單位選用。

二、交流異步電動機的發電原理

交流異步電動機也被稱為“感應式電動機”，在電動機處在電動狀態的時候，轉子導體不斷地切割旋轉磁場的磁力線而產生電磁轉矩，使轉子發生轉動并且輸出扭矩。但是當交流異步電動機的實際轉速高于同步轉速的時候，電動機轉子切割磁力線的方向與電動狀態的方向相反，于是轉子的感應電動勢和轉子的電流方向都和電動狀態時的方向相反，繼而導致轉矩與轉速的方向相反，電動機處在回饋制動的狀態下。此時電動機輸出的機械功率＜0，從定子到轉子的的電磁功率也＜0。

P ＝ 3U1Ｉ1cosφ＜0 說明電動機不是從電網吸收有功功率，而是向電網輸送有功功率，換句話說此時的一臺交流異步電動機已經變成了一臺交流異步發電機與電網并聯運行。但是電動機仍然需要從電網吸收無功功率以便建立旋轉磁場的磁通勢。正因為如此，這臺發電機不用考慮同步問題。

三、泵升電壓

當我們把一個重物從低處提到高處時，必須要付出能量，當把這個重物從高處放回低處時，這個能量將會釋放出來，這是“能量守恒”原理。電梯也是同樣的道理，當把電梯向上提時，我們要使用電能，當把電梯從高處放下時，電梯要放出能量，為了均勻拖動負載，電梯由曳引機拖動的負載是由載客轎廂和對重平衡塊組成，只有當轎廂載重量加上轎箱額定負載的50%（1噸載客電梯乘客為7人左右）時，兩者才相互平衡。此舉雖然改變了用能的峰值點，但不能改變平均能耗。而在實際使用的過程中不太可能出現這么巧的事情，即轎箱重量加上乘客的體重正好等于對重平衡塊的重量。所以電梯基本上都是處在一種非平衡狀態下運行的。在電梯的實際運行中經常會出現以下兩種現象：

1、乘客較多的時候轎箱下降。

2、乘客比較少或者沒有乘客的時候轎箱上升。

出現第1種情況的時候乘客的重力勢能做功，也就是釋放能量。出現第2種情況的時候，對重平衡塊的重力勢能做功。這兩種狀況下電動機就會處在發電的狀態。原因是兩種重力勢能釋放的時候就會拉著電動機向前轉，從而使電動機的實際旋轉速度高于電動機的額定同步轉速。但由于電梯用變頻器的交－直－交主電力AC/DC整流電路是不可逆的，因此發出來的電無法回饋到電網上去，結果造成主電路電容器二端電壓升高，這種現象稱為“泵升電壓”。

另外采用變頻調速的電梯啟動運行達到最高運行速度后具有最大的機械功能，電梯達到目標層前要逐步減速直到電梯停止運動為止。從高速到停止（速度為零），這時電氣的頻率變化很快就完成了，但電動機的轉子帶著負載有較大的機械慣性，不可能很快的停止，此刻電動機在這個過程中電動機也處于發電狀態，同樣會產生泵升電壓。

四、泵升電壓的處理方式

電梯運行中多余的這些能量通過電動機和變頻器轉換成直流電能儲存在變

頻器直流回路中的電容中，回送到電容中的電能越多，電容電壓就越高，如不及時釋放電容器儲存的電能，就會出現過電壓。電梯控制系統的保護裝置會迫動作，使變頻器停止工作，電梯就無法運行了。為了避免這種現象的發生，目前泄放變頻器內大電容中電量的方法是采用制動單元和外加大功率電阻，將大電容中電量消耗到外加大功率電阻上，實際上就是白白地變成熱能浪費掉了。這種通過內置或外加制動電阻的方法將電能消耗在大功率電阻器中方式，被人們稱之為電梯的“能耗制動方式”。目前國內的變頻電梯幾乎全都采用這種辦法。電梯運行中，這些電阻都會散發出很大的熱量（其表面溫度可達100攝氏度以上），浪費的這部分能量占電梯用電總量的 25-40%。同時電阻產生的熱量還惡化了電梯控制柜周邊的環境，為了保證電梯控制系統中其他組件能夠正常工作，管理方基本上要裝空調、風機來降低電梯間溫度，使得電梯系統的電能消耗進一步加大。在一些條價較差的電梯機房內，空調的用電量幾乎和電梯的用電量大致相同。

五、電梯電能回饋器的工作原理

所謂回饋就是將上述多余的電能經過逆變變成與低壓電網（局域電網）相同相位，相同頻率，相同電壓，相同相序交流電送回低壓電網。這與風力發電和太陽能發電向低壓電網并網送電的過程非常相像。

電能回饋器的主電路采用 IGBT 功率模塊，控制電路中產生的控制脈沖列，經性能可靠的驅動電路控制IGBT 功率單元的開通、關斷。電流指令發生器產生和回饋能量成正比的正弦波電流信號，使回饋電網的電流接近正弦波。主電路由IGBT、智能模塊IPM、隔離二極管、濾波電感、電容，外圍信號采樣器等元件組成。模塊是主電路中的核心元件，它將直流電能逆變為與交流電網同步的三相電流回送電網。隔離二極管可防止能量回饋器反送電能給變頻器，確保系統安全運行。電感和電容構成高次諧波濾波器，阻止模塊高頻開關產生的高次諧波電流進入電網，提高電能回饋器的電磁兼容（EMC）性能。回饋器采用電壓自適應控制，即無論電網電壓如何波動，只有當電梯機械能轉換成電能送入直流回路電容中時，電梯專用電能回饋器才及時將電容中的儲能回送電網，如果電容器中沒有儲能，回饋器就不工作（不發電）。為保證能量回饋器能夠安全可靠地工作，產品還采用了可編程邏輯器件，使回饋器具有極強的抗干擾能力。回饋器都有完備保護功能，保證了回饋器的可靠運行。

主要技術指標大致如下：

1.采用PWM脈寬調制技術，輸出相位準確、有效抑制高次諧波。

2.采用DSP中央處理器，速率高、精度高、穩定性能好、抗干擾能力強。

3.采用自診斷技術確保輸出電壓精確，防止電流回送，使變頻器不受影響。

4.電壓畸變小于5%，符合IEC61000-3-2及GB/T14549標準。

5.應用電抗器和噪聲濾波器，可直接和0.4kV電網駁接使用。

6.能量轉換率達97%以上，節電率在25%～45%（根據不同工況）。

7.實現變頻調速系統四象限運行；

8.制動能量得到回收，系統效率提高；在頻繁制動的工況下運行時節電更明顯。

六、電能回饋器簡介

電梯能源反饋本身不是新技術，但仍屬于先進技術，只是我國引進得比較晚。在國外從90年代起，我們常見的電梯品牌如：富士達，東芝，迅達，奧蒂斯，三菱，日立，蒂森等等品牌的原裝電梯上就都可以帶能源反饋裝置。另外在油田抽油機，礦井的提升機等等地方，這項技術也得到了較為廣泛的應用。

國內超高層建筑物內或者梯速3米/秒以上的高檔電梯的基本都使用了這套裝置，因為電阻放熱的方式對這樣的電梯已經不起作用了。但在一般建筑物中，由于在引進的時候這套裝置報價相當高，所以絕大部分開發商在初期建設的時為了降低成本都沒有選用。如果你有興趣去電梯機房觀察一下電梯控制柜，在其變頻器的出線端子排上幾乎都有標著“+”和“—”這樣兩個端子，這就是電能回饋裝置的接線點。目前國產電梯出廠時都不配有電能回饋裝置。

進入本世紀以后，這項技術被一些廠家引入國內，目前北京市場上常見的有深圳0TT，深圳加能，秦皇島PROSPECT，西子奧的斯等幾個廠家的產品。他們的產品從原理，構造和性能上基本相似，只是在輔助功能上有些差別而已。理論壽命可達70000小時以上

圖1：壁掛式

圖2 ：落地式

目前市場上的能源反饋裝置的設計完全是按照無人管理的全智能模式設計的（傻瓜型）。外觀上看就像一個配電箱，大多采用壁掛式，體積大約在300×300×500mm(各個廠家有所差異)，采用落地式的相對少一些。

原理圖如下：

整個安裝過程相當簡單，主要的工作內容是固定回饋器和接線。然后根據實際情況對動作電壓和控制參考電壓進行一下設定，回饋器即可投入運行。

回饋器有6根引出線：其中3根是相線，分別接在三相電源上，作用是向低壓電網回饋電能。另外 2根接在變頻器的直流端子上，（變頻器接線端子排上的那2個直流端子因變頻器品牌的不同，其名稱不完全一樣，在接線以前應仔細閱讀變頻器說明書）其作用這是從直流母排上收集過剩的電能。剩下一根是接地線（PE線）。

為了用戶能夠確認回饋器的節電功能，各個廠家在安裝首臺回饋器的線路上通常還要安裝三塊電表（見下圖），其中一塊（A）用來計量不含有回饋電量的用電量，也就是沒有安裝回饋器時候電梯的用電量。第二塊(B)計量包含回饋電量在內的電梯用電量。第三塊（C）專門用于計量回饋的電量,也就是節約的電量。

它們之間的關系是：B=A-C 接線圖

在電梯運行的期間，一旦電梯的電動機進入發電狀態，人們就可以清楚地看見電表A在反轉，電表B微動，電表C在正轉。不過有一點一定要予以注意：在這里安裝的電表必須是機械式電表，因為電子式電表是不會反轉的。

五、節能效益

電梯能源回饋器的節能效益是相當高的。中國特種設備檢驗協會對某產品進行過能好測試：

工況為100%載荷（滿載）時往返10次的耗電量，用電能回饋技術前耗電0.852Kw.h，應用電能回饋技術后耗電0.472Kw.h，節電率查過44%；

工況為0%載荷（空載）時往返10次的耗電量，用電能回饋技術前耗電0.748Kw.h，應用電能回饋技術后耗電0.486Kw.h，節電率超過35%。

根據筆者這幾年的實際觀察和測試，節電量與電梯的工作狀況有很大的關系。在樓層越高，日平均運行頻次越多，電梯的梯速越高，停站次數越頻繁的電梯上面使用回饋器的節能效益越好。在高層寫字樓內，每天叫梯次數超過1000次的電梯，安裝回饋裝置以后節電率幾乎都能夠達到35%以上。

此外使用該項技術以后，放熱電阻不再工作，電梯機房的室內溫度大幅度下降，通常可以下降5~10攝氏度。機房空調機的開啟時間減少了50~75%（依電梯機房的位置和結構而異），進一步降低了電梯系統的能耗。同時電梯機房的溫度下降以后，對電梯機房設備的安全運行和延長使用壽命都很有好處。

寫字樓，商場，醫院由于受到電梯客戶群的影響，其主要工作時間往往都相對集中在8：30到18：00這段時間內，此間正值用電高峰期，電價都比較高，北京地區商業電價在高峰期間（10：00-15：00）是1.2283元/千瓦時，夏季7、8、9月的尖峰期間（11：00-13：00）1.3377元/千瓦時，因此節電效益更加明顯。一年節約的電費基本上就能夠達到初期投資的水平。

例如：深圳某大廈

電梯停站30層，梯速2.5m/s。實驗狀態：不用回饋器和用回饋器，各運行2周（336小時）。

不用回饋器用電量是817千瓦時。電阻溫度128攝氏度。使用回饋器用電量是491千瓦時。電阻溫度 22攝氏度。節電率大約39%。一年節約的電費就超過了改造的投資。

即使在叫梯次數很少的電梯上使用回饋器，節電率也相當可觀。筆者曾經組織過一次測試，在XX高檔公寓，2號樓7單元，樓高12層樓，地下2層，電梯功率是 11千瓦。一星期才叫梯次數230多次，使用回饋器以后節電率仍可以達到19.5%。

只是在這種工況下，節電效益很低，投資回收期過長。

六、對幾個問題的解答

1、電能回饋裝置發出來的電到哪里去了？

安裝了電能回饋裝置等于在建筑物低壓電網中并聯了一臺不是連續工作的小發電機。當電梯處在發電狀態的時候，回饋的電能進入局域電網，與時電網中其他正在運行中的用電設備（如水泵，冷水機組，風機，照明燈等等）將這一部分電消耗掉了，于是這些設備減少了對總電源的電力需求，從而達到了節約用電的目的。

2、加裝電能回饋裝置是否會影響電梯的安全運行？ 電梯的電能回饋裝置是在直流母排上并入的。回饋裝飾都具備完整的保護功能（如：過壓保護、欠壓保護、過流保護、過熱保護，采用自診斷技術確保輸出電壓精確，防止電流回送等），而且這些保護的設置參數都大幅度低于電梯控制柜和變頻器的保護參數的水平，一旦回饋裝置發生故障，其本身的各種保護就會先于電梯控制回路中保護起作用，使回饋裝置停止工作。此時電梯仍可以正常工作，只是沒有了電能回饋的功能而已，因此安裝電能回饋裝置對電梯的安全性能沒有任何影響。另外該產品已經得到國家電梯質量檢測中心認可，可以放心使用。

3、在不同建筑物內，同樣功率，層站的電梯為什么節電率相差很大？ 問題出在電梯的使用頻率不一樣。正如前面提到的，回饋器只是在輕載上 升，重載下降以及電梯停站之前的制動期間才會發電，所以發電量的取決于出現上面三種運行狀況的幾率。總體上講，使用頻率越高，電梯出現上述三種狀況的幾率就越高，回饋的電量就越多，節電率就越高。

4、什么樣的電梯適合安裝電能回饋器？

從理論個上講，只要變頻的垂直電梯都可以安裝電能回饋器。非變頻電梯、液壓電梯由于工作原理不同，不能安裝電能回饋器。無機房電梯也可以安裝回饋器，安裝回饋器后的節能效果不如有機房電梯那樣明顯，所以人們不太應用。

從節能效益上講，應該首先應該考慮在樓層高，運行頻率高，梯速高和停站多的電梯上使用這項技術。這樣投資回收期比較短，而且電梯機房環境的改變更加明顯。使用單位可以根據實驗數據進行推算，大約在2-3年內可以收回投資的電梯都可以考慮進行改造。

電梯電能回饋技術是一項完全成熟而且很值得推廣的節能技術，已經得到國家電梯質量管理部門的認可。在設備選型的時候，寫字樓，醫院，商廈等等建筑物就應該考慮安裝帶電能回饋裝置的電梯。建議有關部門早日完成國家相關標準和規范的制定，使這項節能技術的推廣和應用進入法制化的軌道。應該在建筑物方案審核的時候就進行相應的干預，以便從源頭上控制住高能耗電梯的進入市場。避免再次陷入先耗能再治理的怪圈內。

第二篇：電梯電能回饋節能改造解決方案

電梯電能回饋節能改造解決方案

電梯為何能發電

電梯作為高層建筑物中的固定式升降運輸設備，由曳引機系統拖動一個裝載乘客的轎廂，沿著垂直或傾斜角小于15°的軌道在各樓層間運行的一種勢能負載，因此若電梯的載重量即轎廂重量與配重塊不平衡時，會使電梯產生多余的機械能帶動電梯轎廂運行。如本頁圖所示，當電梯輕載上行、重載下行或停層制動時，曳引機工作在發電狀態。

目前的電梯大部分均采用變頻調速技術，電梯運行過程中發出的電能會通過變頻器逆變模塊的續流二級管源源不斷的向變頻器的直流電容充電，使變頻器的直流母線電壓泵升，導致變頻器產生過壓故障，影響電梯的正常運行。目前國內大部分變頻調速電梯吸收此部分能量的方法是采用外加大功率制動電阻的方法，這樣不僅浪費了大量電能，降低電梯的運行效率，還會產生大量的熱量，導致機房溫度大大升高（4℃-8℃），需要用空調或排風扇來降溫，從而更進一步增加了電梯能耗，同時大量的熱量降低了電梯控制柜運行的穩定性。

采用電梯電能回饋裝置的能源再生技術和電梯的完美結合將打破傳統電梯（變頻調速+永磁電梯）從節能到“造”能的飛躍。這也會是解決電梯能耗的歷史性突破和分水嶺。電梯能耗現狀

一部普通的變頻調速電梯，日耗電量在30kWh-80kWh，采用能源再生技術，節電率在15-50%，若按照每部電梯的日均耗電量40kWh，平均節電率30%計算，每部電梯的日均節電量在13.5kWh左右，再加上因采用能源再生技術、機房溫度的降低而節省的空調電費，每部電梯的日均節電量可達到18kWh。據中國電梯協會統計，截止到2010年底，我國的在用電梯已達到150萬臺，且每年還在以20%的速度在增長，如果中國每部電梯都加裝電能回饋裝置的話，每年可節省電量達到65.7多億kWh，在2011年-2015年十二五規劃的五年時間里，節能量可達到586.68億kWh，相當于三峽發電站半年的發電量。中國是世界上最大的電梯制造國和使用國，2010年電梯的年耗電量達到了237億kWh，占整個建筑能耗的7%，且每年還在以20%的速度在增長.另一方面，市場上在用的90年代的電梯也逐漸進入了更換階段。因此節能電梯的市場需求量主要包括三個方面，一是新增需求量，二是舊電梯的更換量，三是節能改造量。

節能技術原理

電梯運行中：①電梯在運行中有時耗電、有時發電；②耗電和發電的機會大約各占50%；③通常的電梯對于發電的電量都是通過制動電阻進行消耗而沒有加以利用；④制動電阻的溫度會明顯升高。

電梯造成很多的能源浪費，發的電不僅沒有利用，反而造成機房溫度過高，需要借助空調進行散熱，因此我們要想辦法進行解決。我們采取的策略是對發電的電量進行回收利用，那么不僅可以將勢能轉變為電能再次使用，而且避免了產生多余的熱量，同時還減少了空調的耗電量。

電量回收利用的方式是：將發出的電量轉換成交流電，再同步輸送到局部電網中，轉換成一定的電流，與電網中其它用電器并聯，為其它用電器提供一部分電能，這個叫做逆變并網，這個原理和廣泛使用的太陽能發電并網原理是一樣的。這種技術實現了從節能到“造能”的飛躍，是一種非常先進的技術。

實現這一節能技術的設備是電能回饋裝置，它是實現能量回收和并網的關鍵設備。產品名稱

益非KYF電能回饋裝置

應用范圍

環保節能產品，節省電能21％--60％，樓層越高，功率越大，使用越頻繁，節能效果越好，非常適合高層，高速電梯使用。

適用范圍寬，可與220V，380V，480V電壓等級的變頻器配合使用，曳引機功率從15KW—40KW均可適用。

自動扶梯變頻節能改造方案

自動扶梯變頻節能裝置：

該產品具有工變頻切換開關，可隨時切換到改造之前的運行模式，安裝后可達如下效果： 1）當扶梯置于節能模式運行時，啟動扶梯后正常速度運行一分鐘；

2）若一分鐘內無乘客觸發紅外線，則扶梯變為設定頻率節能慢速運行狀態；

3）若有客流時，紅外傳感開關被觸發，扶梯立即平穩加速到正常速度，控制器PLC內置計時器開始計時。（每觸發一次都會重新計時，以保證最后一位乘客以正常速度達到）； 4）若在設定的時間段內再無乘客通過電梯，扶梯自動切換到設定頻率低速節能運行； 5）如此循環以達到顯著的節能效果。

美麗東方自動扶梯節能裝置

系列自動扶手電梯專用變頻一體柜，是我公司引進德國尖端成熟的變頻控制技術，結合國際上最高端變頻器特性，及國內的應用特點，采用全新理念自主開發的一系列高性能，電流矢量型、低噪音的變頻器。在提高穩定性的前提下增加了簡易PLC、實用的PID調節（具有恒壓供水功能），靈活的輸入輸出端子、參數在線修改、自識別信號傳輸故障、停電和停機參數存儲、注塑機節能控制、擺頻控制、RS485控制、現場總線控制等一系列實用先進的運行、控制功能。為設備制造和終端客戶提供了集成度高的一體化解決方案，對降低系統采購和運營成本，提高系統可靠性具有極大的幫助。

ML系列扶手電梯專用變頻一體柜，它優良的無級軟啟動性能，強大而可調整的控制功能，保證了產品極高的工作安全性，確保為用戶提供更安全可靠和更優性能的產品服務。

Ml系列自動扶梯節能控制器是當今最先進的自動扶梯一體化控制系統，集成了變頻驅動和扶梯邏輯控制，輔以簡單的外設就可構成完整的扶梯控制系統，該一體化控制系統申請了兩項國家發明專利。

ML系列的出現解決了困撓變頻扶梯多年的三大難題：成本居高不下、重載下行的安全隱患、變頻工頻切換的振動。因采用的是旁路變頻改造而不是全變頻改造，所以很好地解決了傳統的變頻改造因空間不足而散熱不良，導致整個系統經常故障，嚴重影響扶梯壽命的缺點。

第三篇：電能計量裝置配置原則

電能計量裝置配置原則

1.配置原則

(1)貿易結算用的電能計量裝置原則上應配置在供受電設施的產權分界處:發電企業上網線路、電網經營企業間的聯絡線路兩側都應配置電能計量裝置。

(2)I、II、III類貿易結算用電能計量裝置應按計量點配置計量專用電壓、電流互感器或者專用二次繞組。電能計量專用電壓、電流互感器或專用二次繞組及其二次回路不得接入與電能計量無關的設備。

(3)單機容量100MW及以上的發電機組上網結算電量,以及電網經營企業之間購銷電量的計量點,宜配置準確度等級相同的主、副兩套電能表。即在同一回路的同一計量點安裝一主一副兩套電能表,同時運行、同時記錄,實時比對和監測,以保證電能計量裝置的準確、可靠,避免較大的電量差錯。

(4)35KV以上貿易結算用電能計量裝置中的電壓互感器二次回路,應不裝設隔離開關輔助觸點,但可裝設熔斷器;35kV及以下貿易結算用電能計量裝置的電壓互感器二次回路,應不裝設隔離開關輔助觸點和熔斷器。

(5)安裝在用電客戶處的貿易結算用電能計量裝置,1OKV及以下電壓供電的,應配置符合GB/T16934規定的電能計量柜或計量;35kV電壓供電的,宜配置GB/T16934規定的電能計量柜或電能計量箱。

(6)貿易結算用的高壓電能計量裝置應裝設電壓失壓計時器。未配置計量柜(箱)的電能計量裝置,其互感器二次回路的所有接線端子、試驗端子應能實施鉛封。

(7)互感器的實際二次負荷應在25%~100%額定二次負荷范圍內;電流互感器額定二次負荷的功率因數應為0.8-1.0;電壓互感器額定二次功率因數應與實際二次負荷的功率因數接近。

(8)電流互感器在正常運行中的實際負荷電流應為額定一次電流值的60%左右,至少應不小于30%。否則,應選用具有高動熱穩定性能的電流互感器,以減小變比。

(9)選配過載4倍及以上的寬負載電能表,以提高低負荷計量的準確性。

(10)經電流互感器接人的電能表,其標定電流宜不超過TA額定二次電流的30%,其額定最大電流應為TA額定二次電流的120%左右。直接接入式電能表的標定電流應按正常運行負荷電流的30%左右進行選擇。

(11)對執行功率因數調整電費的客戶,應配置可計量有功電量、感性和容性無功電量的電能表;按最大需量計收基本電費的客戶,應配置具有最大需量計量功能的電能表;實行分時電價的客戶,應配置復費率電能表或多功能電能表。

(12)配有數據通信接口的電能表,其通信規約應符合DL/T645的要求。

(13)具有正、反向送受電的計量點,應配置計量正向和反向有功電量以及四象限無功電量的電能表。一般可配置1只具有計量正、反向有功電量和四象限無功電量的多功能電能表。

(14)中性點絕緣系統(如經消弧線圈接地)的電能計量點,應配置經互感器接人的三相三線(3×100V)有功、無功電能表;但個別經過驗證、接地電流較大的,則應安裝經互感器接人的三相四線(3×57.7V)有功、無功電能表。

(15)中性點非絕緣系統(即中性點直接接地)的電能計量點,應配置經互感器接人的三相四線(3×57.7V)有功、,無功電能表。

(16)三相三線低壓線路的電能計量點,配置低壓三相三線(3×380V)有功、無功電能表;當照明負荷占總負荷的15%及以上時,為減小線路附加誤差,應配置低壓三相四線(3×380V/220V)有功、無功電能表,或3只感應式無止逆單相電能表。

三相四線制低壓線路的電能計量點,應配置低壓三相四線有功、無功電能表。

2.準確度要求

電能計量裝置的類別不同,對電能表、互感器的準確度等級要求就不相同。

(1)不同類別的電能計量裝置所配置的電能表、互感器的準確度等級應不低于表的規定。

(2)I、II類用于貿易結算的電能計量裝置中,電壓互感器二次回路電壓降應不大于其額定二次電壓的0.2%;其他電

能計量裝置中二次回路電壓降應不大于其額定二次電壓的0.5%。

準確度等級

*0.2級電流互感器僅指發電機出口電能計量裝置中配用。

3.接線方式

(1)接入中性點絕緣系統的3臺電壓互感器,35kV及以上的宜采用Y/y方式接線;35kV以下的宜采用V/V方式接線。接入非中性點絕緣系統的3臺電壓互感器,宜采用Yo/yo方式接線。其一次側接地方式和系統的接地方式應相一致。

(2)低壓供電,負荷電流為5OA及以下時,宜采用電能表直接接入方式;負荷電流為5OA以上時,宜采用電能表經電流互感器接入的接線方式。

(3)三相三線制接線的電能計量裝置,其2臺電流互感器二次繞組與電能表之間宜采用四線連接。三相四線制連接的電能計量裝置,其3臺電流互感器二次繞組與電能表之間宜采用六線連接。

(4)所有計費用電流互感器的二次接線應采用分相接線方式。非計費用電流互感器的二次接線可以采用星形或不完全星形接線方式。

應掌握電能計量裝置的接線方式及其規則,深入學習電力行業標準《電能計量裝置安裝接線規則》及《電能計量裝置接線圖集》，并遵照執行。

4.互感器二次回路導線截面的選擇

互感器與電能表連接導線截面的大小,直接影響互感器的實際二次負載,進而影響計量裝置的準確性。因此,必須正確選擇互感器二次回路導線的截面。

(1)電流互感器二次回路導線截面的選擇。電流互感器二次回路導線阻抗是二次負荷阻抗的一部分,尤其在大型發電廠、變電所則是其主要部分,它直接影響電流互感器的準確性。因此,當二次回路連接導線的長度一定時,其截面應按電流互感器的額定二次負荷計算確定,一般應不小于4mm2。

(2)根據負荷電流的大小,配置直接接入式電能表應選擇的導線截面如表68所示。

(3)電壓互感器二次回路導線截面的選擇。電壓互感器的負荷電流通過二次導線時會產生電壓降,那么加在電能表上的電壓就不等于電壓互感器二次繞組的端電壓,這將造成電能表端電壓對于二次繞組端電壓的量值和相位上的變化,由此產生電能量的測量誤差。一般用加大導線截面或縮短導線長度來減小TV二次回路電壓降。當電壓二次回路導線長度一定時,其截面應按允許的電壓降計算確定。通常電壓二次回路的導線截面應不小于2.5mm2。

第四篇：電能計量裝置安裝前規定

電能計量裝置安裝前的管理

1．報裝中的管理

用戶供電方案應按照《中華人民共和國電力法》第二十七條、《電力供應與使用條例》中第六章規定：供用電雙方應簽訂供用電合同，其中要求就計量方式問題要明確規定采用什么樣的計量裝置、安裝的位置、如何安裝；計量管理的責任(維修和保護責任)及計量裝置產生誤差的糾正辦法的要求，在報裝方案時，給予明確；例如在電能計量方式上應明確電能計量裝置的裝設地點、裝設電壓等級、電能表類型及專用互感器及二次回路等“用電計量裝置表”的內容。2．設計審定中的管理

電能計量裝置的設計審定的基本內容包括用戶的電能計量方式、電能表與互感器的接線方式、計量器具的準確度等級、專用互感器及二次回路專用互感器的額定二次負荷及額定功率因數、電流互感器額定一次電流、電能表的標定電流、電能計量柜、電能表的安裝條件、高壓互感器及其高壓電氣設備的電氣間和安全距離等；主要依據SDJ9《電測量儀表裝置設計技術規程》、GBJ63電力裝置的電測量儀表裝置設計規范》。3． 電能表及互感器的選擇

在設計時要遵循電能計量裝置的技術要求進行選擇。在農村，特別強調以下方面：

(1)準確度：由于農電大多數是IV類負荷，有功電能表選2．2級，無功電能表選3．0級，電壓互感器選0．5級，電流互感器選0．5級或o．5S級。

(2)二次導線的選擇：二次回路的連接導線應采用銅質單芯絕緣線。連接導線的截面積由計算確定：電流二次回路，應按電流互感器的額定二次負荷來計算，但至少應不小于4(2．5)mm 2；電壓二次回路應按電壓降來計算，但至少應不小于2．5mm2。

(3)一次電流的確定：應保證其在正常運行的實際負荷電流達到額定值的60％左右，至少應不小于30％。(4)電壓互感器二次回路壓降應不大于額定二次電壓的0．5％。

(5)關于安裝電能柜的要求：對10kV以下三相線路供電的用戶要配置全國統一標準的電能計量柜；35kV供電的用戶宜配置專用互感器柜或電能計量柜，35kV以上線路供電的用戶，應有電流互感器專用的二次繞組和電壓互感器的二次回路，并不得與保護、測量回路共用。

(6)居民用戶電能表選擇：電能表額定容量的大小，根據用戶負荷的高低來選擇。用電負荷上限應不超過電能表的額定容量，下限應不小于電能表允許誤差規定的負荷電流值。

【例5-1】 某家庭有彩電1臺、80W，微波爐1臺、800W，40W電燈泡5只，洗衣機1臺、400W，電炊具800W。試問應配多大的電能表。

解 計算使用功率：P＝80十800十5×40十400十800＝2280(W)計算同時系數為1時，通過電能表的電流值：I = =10．4 答：可配單相220／6(12)A的電能表。

例5-2】 某動力兼照明用戶，裝電燈容量為1kW，電動機動10kW，用電的功率因數按0．8考慮，同時系數為1。試問選用多大的電能表? 解 計算三相電流： I= P / UIcos∮

=（1000+10000）/ ×380×0．8=20．8（A）

答：應選取一只三相四線3×220/380V，25A的電能表或3臺30/5A電流互感器及3只5A的電能表。安裝后的驗收

（1）電能計量方式符合設計要求；（2）電能計量裝置的接線正確、安裝工藝質量尤其是接點、觸點、熔斷器等的接觸良好；

（3）測量一、二次回路的絕緣電阻應合格，有電壓互感器和電流互感器的單位要進行二次回路壓降或二次回路負荷的測試；

（4）計量器具有有效期內的合格標志；（5）計量裝置的接地系統； 運行中的管理

農村供電所電能計量管理，運行中的主要工作內容是掌握本地區和所轄范圍電能計量裝置中電能表、互感器的規格、形式和數量；根據本地區和所轄范圍，對電能計量裝置管理的業務安排制定計劃，認真執行電能計量裝置的周期輪換和檢修任務，及時處理故障差錯等。1．電能表的管理

（1）檢定依據：根據DL448-91《電能計量裝置管理規程》、SD109-83《交流電能表檢定規程》進行。

（2）室內檢定：包括新裝和運行中定期輪換的電能表。農村用電中，電能表的檢定一般要求用精度比被校表的準確度高3倍的校驗裝置（如：在檢定2．0級表時，檢定裝置等級為0．6級），在規定的實驗條件下，運用恰當的方法及必要的調整確定電能表準確度的等級。

檢定內容：①直觀檢查；②啟動試驗；③潛動試驗；④測定基本誤差；⑤絕緣強度試驗；⑥走字試驗；⑦需量表需量指示器試驗。重要項目是測定基本誤差（檢定方法可依據有關規程）。

由于電能表的檢定是在規定條件下進行的，對安裝和使用時中的表計都要滿足規程中或生產廠家對安裝條件的要求，使表計在實際運行中依然能保證其準確度的要求。要充分考慮如頻率、電壓、波形、溫度、傾斜、自熱等對影響電能表運行的外部主要因素，其中溫度、傾斜、自熱與安裝的環境直接有關。

（3）輪換周期：執行規程中關于安裝式電能表第IV類電能計量裝置的規定，如2．0級。

（4）現場檢驗：按規定的檢驗周期，在電能表安裝現場用實際負荷對其進行檢驗。實際負荷要求為：通入標準表的電流不低于其標定電流的20％，現場的負荷應為實際的經常負荷，當負載電流低于被檢表的10％或功率因數低于0．5時，不宜進行誤差測定。

現場檢驗條件還要符合對電壓、頻率、溫度等的要求。檢查內容：①在實際運行中測定電能表的誤差；②檢查是否有計差錯，計量方式是否合理；③檢查電能表與互感器二次回路連接是否正確。為滿足現場檢驗的需要。許多廠家還生產了不同類型的現場檢驗設備，如ST9040E多功能電能表等。2．互感器的管理

1)依據DL448-91《電能計量裝置管理規程》、JJG313-94《測量用電流互感器》、JJG314-94《測量用電壓互感器》的規定進行檢定。

2)實驗室檢定內容：①外觀檢查；②絕緣電阻的測定；③工頻電壓試驗；④繞組極性的檢查；⑤退磁(電壓互感器不做)；⑥誤差測定。檢定方法可依據上述規程。

由于互感器的檢定是在規定條件下進行的，對安裝和使用時中的互感器都要滿足規程中或生產廠家對安裝條件的要求；要充分考慮如頻率、電壓、波形、溫度、外界電磁場、二次回路的實際負荷等對影響互感器運行的外部主要因素。其中外界電磁場、二次回路的實際負荷與安裝的環境直接有關。

3)輪換周期：按DL448-91的規定，互感器的輪換(現場檢驗)周期：至少每10年輪換一次，或現場檢驗一次；低壓電流互感器，至少每20年輪換一次。目前，根據JJG313-94和HG314-94兩個規程的要求，標準用的互感器室內檢定周期一般為2年。

3．通過電能計量進行竊電行為的判定和處理

在《電力供應與使用條例》第三十一條明確規定禁止竊電行為并規定涉及計量裝置的以下行為屬于竊電行為：(1)繞越供電企業的用電計量裝置用電；

(2)偽造或者開啟法定的或授權的計量檢定機構加封的用電計量裝置封印用電；(3)故障損壞供電企業用電計量裝置；

(4)故意使供電企業的用電計量裝置不準或者失效。

在發現上述竊電行為時根據《中華人民共和國電力法》第七十一條規定：“盜竊電能的，由電力管理部門責令停止違法行為，追繳電費并處應交電費5倍以下的罰款；構成犯罪的，依照刑法相關條款追究刑事責任。”另外，在《刑法》第二百六十三條、第二百六十四條、第二百六十九條也都有明確的規定。農電計量管理人員要認真維護電力企業供電的權益，堵塞漏洞，對查獲的竊電者，應對予制止，并可當場中止供電。竊電者應按所竊電量補交電費，并承擔補交電費3倍的違約使用電費。拒絕承擔竊電責任的，應報請電力管理部門依法處理。竊電數額較大或情節嚴重的，應提請司法機關依法追究刑事責任。因違約用電或竊電造成供電企業供電設施損壞的，責任者必須承擔供電設施的修復費用或進行賠償。因違約用電或竊電導致他人財產、人身安全受到侵害的，受害人有權要求違約用電或竊電者停止侵害，賠償損失，供電企業應予協助。主要的故障及原因

1．電能計量裝置發生故障的重點（1）互感器變比差錯；

(2)電能表與互感器接線差錯；(3)倍率差錯；

(4)電能表的機械故障和電氣故障(包括卡字、倒轉、擦盤、跳字、潛動)；(5)電流互感器開路或匝間短路；

(6)電壓互感器熔絲斷開或二次回路接觸不良；(7)雷擊或過負荷燒毀電能表或互感器；

(8)因計量標準器具失準造成大批量電能表、互感器的重新檢定。2．電能表運行常見故障分析

電能表在投入運行時，由于運輸、裝接、雷擊、濕潮熱等影響及裝配工藝、修理技術等原因，會出現一些故障，主要故障原因如下：

(1)過熱燒壞。在統計故障退表中，60％以上是端鈕盒燒毀。故障原因是長期過負荷使用，內引線在內接線端上未緊固，外引線端上、下螺釘未擰緊等引起局部發熱，直到絕緣破壞，造成對地短路。

(2)計度器故障。故障表中30％為計度器的各類故障。主要是：①進位故障，在進位時發生卡字，尤其在輕載時造成圓盤呆滯或停轉。②組裝差錯，包括齒輪軸、橫軸連接片變形、銘牌或刻度盤松動脫落、傳動輪組裝錯位、計度器傳動比與銘牌常數不符；洗滌劑使用不當，使有關零件腐蝕生銹、部分緊固鏍釘松動等造成。(3)表響(噪聲)。表響對計量精度的影響不大，但產生的噪聲對環境有影響，產生的主要原因是：①鐵芯組裝不緊湊；②電壓線圈或防潛舌片及元件上的調整裝置，漏磁氣隙內所嵌的銅片、各類緊固螺釘松動；③轉盤靜平衡不好、上、下軸承不同心或寶石軸承等安裝配合不好；④當上軸針的固有頻率與50Hz相近時產生的諧振。

(4)預防電能表在無負荷時表空轉。產生的主要原因有：①防潛裝置失靈；②防潛鉤松動、位移或斷裂；③電磁元件安裝不對稱、傾斜；④輕補償力矩過大；⑤三相相序與調整時的相序不一致。

(5)靈敏度不合格。表計起動不靈敏或不起動。主要原因是：①工作氣隙中有鐵屑等雜物；②轉盤不平整，起動時有輕微碰盤；③轉動部分安裝或調整不合理或元件變形；④防潛動力矩調整過大；⑤計度器呆滯；⑥表計密封性差，致使蝸桿、輪、軸承等有油垢。計量裝置的接線檢查

計量裝置的接線檢查是為了保證經過修校調整準確的電能表在接入電路后計量準確的必要條件，主要檢查互感器的極性、三相電壓互感器接線組別、二次連接導線接線的正確。在帶電檢查時，應注意遵守安全工作制度，特別注意電流互感器絕對不允許開路；電壓互感器絕對不允許短路。當與保護共用互感器二次回路，必要時，要請保護人員協作。

常見退補電量的計算實例

1．因計量裝置誤差超出范圍的退補電量×K×B 式中G--電能表的實際誤差值，負值表示表慢、應為補交電量，正值表示表塊、為退電量；

K--電流、電壓互感器倍率乘積；B--退補月數，起訖時間查不清時，電客用戶最多6個月退補。2．電能表潛動退補的電量(kWh)3．因電能計量裝置故障時的退補電量 如卡盤、卡字、電壓線圈不通、電壓互感器熔絲斷等，并分如下情況進行處理。

照明用戶應補電量= ×事故日數×（原表正常前1個月抄表電量/這個月的抄表用電日 數+換表后至抄表日的抄用電量/換表后至抄表日用電日數）

新裝照明用戶應補電量=自更換電表至抄表日用電量/用電日數×事故日數－故障期已交電量 3只電能表中1只或2只出現故障時，按下列公式計算應補電量： 1只故障應補電量=2只正確電能表當月電量/2－故障表電量

2只故障應補電量=1只正確電能表當月電量×2－2只故障表電量

1只三相電能表或3只單相電能表全部發生故障停止運行時，月用電量比較正常的按照

照明用戶或新裝照明用戶辦理，即月用電量不正常時，可根據用戶的產品產量以及有關用電 記錄等計算。

4．跳字應退電量按下式計算

應退電量＝已收電量一1/2(原正常月的日均電量十抄表后至抄表日均電量)×30(天)(隔月抄表按60天計算)

第五篇：無線電能傳輸裝置設計報告

無線電能傳輸裝置設計報告

摘要

磁耦合諧振式無線電能傳輸是眾多短距離電能特殊傳輸技術之一，它因其便捷，節

能環保而受到廣泛關注。現在磁耦合諧振式無線電能傳輸距離已經可以達到米級的范圍，甚至有些技術還能穿透障礙物，相信當無線傳輸距離問題解決以后該技術無疑對無線電能技術的發展具有重大的意義。該文主要講述了運用磁耦合諧振無限能量傳輸的原理設計制作的小型無線電能傳輸設備。該設備主要包括驅動發射線圈電路，磁耦合諧振傳輸電路，磁耦合諧振接收電路，整流濾波電路，以及顯示電路模塊等。當發射和接收端都達到諧振頻率時即可實現能量的最大傳輸。該設備在題目要求下可實現10cm以上，效率高達26%的能量傳輸，并且可以實現點亮30cm以外的2W的燈泡。

關鍵詞磁耦合諧振

無線電能傳輸

發射距離

接收效率

一、設計任務

設計并制作一個磁耦合諧振式無線電能傳輸裝置，其結構框圖如圖1所示。

要求：（1）保持發射線圈與接收線圈間距離x =10cm、輸入直流電壓U1=15V時，調整負載使接收端輸出直流電流I2=0.5A，輸出直流電壓U2≥8 V，盡可能提高該無線電能傳輸裝置的效率η。（2）輸入直流電壓U1=15V，輸入直流電流不大于1A，接收端負載為2只串聯LED燈（白色、1W）。在保持LED燈不滅的條件下，盡可能延長發射線圈與接收線圈間距離x。

二、方案論證

2.1驅動發射線圈電路 方案一 ：采用集成發射芯片XKT408和T5336搭建發射驅動電路。無線充電/供電主控制芯片XKT-408A，采用CMOS制程工藝，具有精度高穩定性好等特點，其專門用于無線感應智能充電、供電管理系統中，可靠性能高。XKT-408A芯片負責處理該系統中的無線電能傳輸功能，采用電磁能量轉換原理并配合接收部分做能量轉換及電路的實時監控。其主要特點為：

1.自動適應供電電壓調節功能使之能夠在較寬的電壓下均能工作 2.自動頻率鎖定 3.自動負檢測負載 4.自動功率控制 5.高速能量輸電傳送 6.高效電磁能量轉換

7.智能檢測系統，免調試 方案二：

采用MOS管無穩態多諧振蕩器，由兩路MOS管，高頻扼流圈和二極管組成對稱的振蕩器電路，原理圖如下所示：

該方案電路簡單明了，元器件少，并且操作起來簡單。綜上所述，我們選擇方案二。

2.2 磁耦合諧振傳輸和接收電路

方案一：

電磁感應式傳輸方式電能傳輸電路的基本特征是原邊與副邊電路分離，通過磁場耦合感應聯系。該電路的優點包括存在較大氣隙，使得原副邊無電接觸，可實現無線傳輸，較大的氣隙的存在使得系統構成的耦合關系屬于松耦合，使得漏磁與激磁相當，甚至比激磁高。缺點包括傳輸距離短，實際上多在mm級。電磁感應方式傳輸控制不好，在其范圍內的金屬都會產生電磁感應消耗電源能量，另外還會使設備的線路感應發熱，嚴重時會損壞設備。方案二：

諧振耦合方式該方案是由麻省理工學院物理系，電子工程，計算機科學系，以及軍事納米技術研究所得研究人員提出的。系統采用兩個相同頻率的諧振物體產生很強的相互耦合，能量在兩物題間交互，利用線圈及放置兩端的平板電容器共同組成諧振電路，實現能量的無線傳輸。該方式的優點包括。利用磁場通過近場傳輸，輻射小，具有方向性。中等距離傳輸，傳輸效率高。能量傳輸不受空間障礙物的影響。傳輸效果與頻率及天線尺寸密切。缺點包括諧振耦合方式安全實現問題比較嚴重，要想更好的實現諧振耦合，需要傳輸頻率在幾兆到幾百兆赫茲之間，而這一段頻率又是產生諧振最困難的波段。

其原理圖如下所示：

圖2-2 諧振耦合式電能傳輸原理圖

方案三：

無線電波式（輻射式）該方案類似于早期使用的礦石收音機，主要由微波發射裝置和微波接收裝置組成，接收電路可以捕捉到從墻壁彈回的無線電波能量，在隨負載做出調整的同時保持穩定的直流電壓。但其缺點有微波無線能量傳輸技術目前尚處于研發階段，其技術優點是成本較低，技術瓶頸是效率太低，而且容易發熱，損壞設備。

綜合本題目的各項要求，要求功率傳輸效率較高，同時距離要盡可能較大，我們選擇方案二，諧振耦合方式進行信號和能量的傳輸。

2.3 整流濾波電路模塊 方案一：

半波整流電路半波整流是指利用二極管的單向導電性進行整流，在輸入為標準正弦波的情況下，輸出獲得正弦波的正半部分，負半部分則損失掉。其電路圖如下所示

半波整流電路雖然達到了整流的目的，但是負載電壓及負載電流的大小隨時間變化，并且半

波整流是以犧牲一般交流為代價而換取整流效果的，電流利用率很低。

方案二：

橋式整流電路橋式整流是對二極管半波整流的一種改進，橋式整流利用四個二極管兩兩對接，輸入正弦波的正版部分得出正的輸出；輸入正弦波的負半部分時，另兩只管導通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。橋式整流器對輸入正弦波的利用效率比半波整流高了一倍。所以我們采用的是橋式整流。其電路圖如下所示

.2.3 整流濾波電路模塊

方案一：

半波整流電路半波整流是指利用二極管的單向導電性進行整流，在輸入為標準正弦波的情況下，輸出獲得正弦波的正半部分，負半部分則損失掉。其電路圖如下所示圖2-3 半波整流電路圖半波整流電路雖然達到了整流的目的，但是負載電壓及負載電流的大小隨時間變化，并且半波整流是以犧牲一般交流為代價而換取整流效果的，電流利用率很低。方案二：

橋式整流電路橋式整流是對二極管半波整流的一種改進，橋式整流利用四個二極管兩兩對接，輸入正弦波的正版部分得出正的輸出；輸入正弦波的負半部分時，另兩只管導通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。橋式整流器對輸入正弦波的利用效率比半波整流高了一倍。所以我們采用的是橋式整流。其電路圖如下所示圖2-4：橋式整流電路圖 綜合題目分析，我們選擇橋式整流電路，來提高效率的目的。2.4整流穩壓模塊

由于在接受過程中，會受到周圍環境的影響，所以如果直接利用單片機的AD 采集模塊進行數據采集，由于單片機采集數據速度較快，會使得顯示的數據不穩定，有很很大的漂移。所以我們在接收端添加了整流穩壓電路，本次比賽我們采用線性可調穩壓器LM317進行穩壓，使得輸出電壓得以穩定，便于顯示。2.5顯示控制模塊 方案一：

選用AT89C51控制12864顯示輸出電壓和電流，該方案的有利之處該單片機的使用相對成熟，網上有豐富的關于該單片機的資源，并且IO口操作簡單，價格便宜等。但是如果這樣控制模塊就會顯得很龐大，并且IO口不多，功耗大。方案二：

選用TI公司的開發板msp430，該控制板執行速度和效率相對較高，并且功耗低，處理能力強，系統工作穩定，但是控制起來相對復雜。在本次比賽中，我們選用方案二。三．理論分析與計算： 3.1系統整體模塊

本系統整體采用磁耦合諧振式無線電能傳輸，主要方案選取了兩個MOS管輪流導通，LC并聯諧振，將直流電能轉化成高頻電磁波發射出去，接受端與發射端諧振匹配，最大限度接受高頻電磁波，在經過后期的整流穩壓處理，通過單片機的控制可以在12864液晶上顯示出來。

圖3-1系統整體方案圖

3.2 發射端諧振驅動電路

原理分析：圖中左半部分電位器R1實際是一個撥碼開關，當開關合上時兩個MOS管都被上拉電阻驅動，但此時的工作狀態是暫穩態，并且在接通電源的瞬間，兩個MOS并不是同時導通的，總會有一個接通的更快，另一個MOS管關閉。當導通的MOS管的柵極電壓通過二極管驅動到零之后另一個MOS管被切斷，諧振回路的電壓會上升，當電壓上升到某點后促使導通二極管的g極電壓突變為0，然后MOS管由導通變為截止，同時另一路MOS管開始工作。如此反復就形成交變電壓。此時高頻厄流電感充當電流源，一旦通過它的電壓變成了交流，從而使電路中產生狡辯磁場。此時，電路的電流將被限制到一個恒定值。右半部分由電容和發射線圈組成LC諧振電路，所謂磁耦合諧振式無限能量傳輸就是利用兩個具有相同諧振頻率的線圈在相距一定的距離時，由于磁場耦合產生諧振，進行能量傳輸。耦合的效率決定了的代數和，并且與施感電流呈線性關系，是各施感電流獨立產生的磁通鏈疊加的結果。設發射線圈和接收線圈的電壓和電流分別為u1，i1和u2，i2，且都取關聯參考方向，互感為M，則兩耦合電感的電壓電流關系為：

耦合因數用k表示，有 的大小與兩個線圈的結構和相互位置以及周圍磁介質有關。改變或調整他們的相互位置有 可能改變耦合因數的大小。

3.3 接收端諧振電路

3.3.1電路如下圖所示：

圖3-3 接收端諧振回路

由上述分析可知發射與接收電路的諧振頻率是關鍵，其次就是發射與接收線圈的品質因 數，品質因數越高，能量的損耗越小。需要注意的是要考慮趨膚效應，趨膚效應本質上是衰減電磁波向導體內傳播引起的效應，當線圈固有頻率較高時，粗導線線圈會受到趨膚效應的影響而使導線的利用率降低，因此必須考慮趨膚效應對傳輸距離的影響。3.4主要元器件參數計算根據題目要求輸入電壓為15V，電流為1A左右，所以輸入功率會大于15W，在綜合考慮MOS管的工作電壓和電流，此處我們采用的是IRF640，根據電路參整流二極管選用1N4148即可滿足，其他類似的高速二極管也可滿足。高頻厄流電感采用的是47uH,此處可根據電路做適當調整。發射線圈選用高品質因數的銅線繞成的，這部分電路我們是采用改變電容值來改變諧振頻率從而達到發射功率最大。同樣，接收端也是通過改變電容值來調整諧振頻率，從而與前級達到匹配。線圈的電感值大小可通過下面公式來計算：

為取得最大的接收功率，接收端選用同樣參數的線圈和電容。在整個的實驗過程中，發射端與接收端的電感與電容值的選取是最重要的，它們共同決定了傳輸電磁波的頻率，要想達到能量（功率）傳輸，我們應該選取電磁波頻率較低的部分進行傳輸，但是要想令電磁波傳輸一定的距離，則需要電磁波的頻率達到較高的部分進行傳輸，所以此次試驗就需要我們自己根據題目要求來選取合適的電磁波頻率即可。

圖3-4 穩壓模塊原理圖

1，2腳之間為1.25V電壓基準。為保證穩壓器的輸出性能，R1應小于240歐姆。改變R2阻值即可調整穩壓電壓值。D1，D2用于保護LM317。計算公式為：Uo=(1+R2/R1)*1.25 四.測試結果與誤差分析：

4.1 硬件測試 經過上述的理論分析與計算，按照設計出的原理圖進行硬件焊接，并對電路進行一系列的調試。上電測試，利用直流穩壓電源輸出15V，加到發送端上，剛上電時，由于我們沒有意識到，要想讓自激式振蕩電路起振，必須讓電源同時瞬時加到電路中，才能讓電路正常工作，害怕電路一瞬間加太大的的電壓會引起瞬間大電流脈沖，燒壞MOS管，加電時直接接上電源較低電壓，再慢慢往上升，可是，MOS管總會出現一個管子很熱，另一個不工作的狀態。后來經過測試，總結，我們決定在MOS管前加一個撥碼開關，來控制這個自激振蕩電路可以起振，正常工作。在經過這個改正后我們將輸出接在示波器上觀察振蕩波形。并通過LC諧振網絡估計其振蕩頻率與實際輸出波形的振蕩頻率相比較，發現兩者基本相近。但是要想達到題目所給的要求，必須滿足傳輸效率要較高，所以要達到發射與接受的匹配，在本次比賽中，我們為了要達到匹配，我們令發射部分與接受部分采用相同材質的漆包線繞制的20cm直徑的發射接受線圈，為了達到題目對接受端電壓，電流，功率的要求，我們經過多次繞制，按照一定的順序，改善這電感值和品質因數，用1mm漆包線繞制10圈，用1mm漆包線繞制5圈，用1mm漆包線兩匝并饒繞制2圈等多種線圈。最后，我們發現用無氧銅2mm漆包線繞制的20cm直徑的發射接受線圈，且用兩股并繞兩圈的方式（此時其電感量經測量大約在2uH—3uH之間，品質因數在3左右），可以達到較好的效果。但是在之前的分析中我們知道，要想讓振蕩電路發射端發射的功率達到最大，我們需要將諧振頻率，調諧在電路固有頻率上，經過多次改變與線圈并聯的電容值，我們最后得到了發射端諧振頻率與自激振蕩固有頻率，與接收端諧振頻率基本諧振在同一個諧振頻率上，使得接收端接受得到較平滑的正弦波，幅度也較大，滿足題目要求，經過整流后，在滑動變阻器做負載的情況下，可得到超過8V的電壓，電流基本可達到0.5V，滿足題目（1）的要求。同時當負載換成兩個串聯的1W LED燈的時候，距離可達到35cm左右的距離，滿足題目（2）的要求。

4.3實物照片

整體電路實物圖： 發射接收線圈：

直流穩壓模塊：

整流模塊：

五、結論、心得體會

經過幾十天的日夜奮斗，小組成員互相協作，團結互助，完成了實驗的大部分項目，并且很好的滿足了題目要求。在本次設計過程中可謂困難重重，期間遇到了許多棘手的問題，特別是發射諧振回路和接收諧振回路的匹配部分花費了我們大量的時間和精力，但是我們始終沒有放棄，最終在我們共同地努力和默契地配合下得到了令我們滿意的結果。通過本次競賽，首先不但讓我們學習到了很多關于無線電能傳輸方面的理論知識，而且通過實際的焊接電路和調試將這些理論知識掌握的更好了。其次，我們對電路的設計、調試有了深刻的印象，我們的動手能力以及處理問題的能力都有了很大的提高，并加深了對開關電源的理解，同時也深刻的體會到了共同協作和團隊精神的重要性。