水下非接触电能传输耦合器优化设计

相关主题
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
化,可有效提高非接触式电能传输系统的传输效率与电压稳定性。 关键词:电能传输;电磁耦合;优化设计;励磁电流; 绕组损耗 中图 弓 号:T 2 I M74 文蒯 耦 : A 文章编号:29 - 7321)8 62 0 5 28(02 一o2 —5 0
Op i ia i n o n e wa e o t cls o r r n m iso o p e s t z t f d r t rc n a te s we a s si n c u l r m o u p t
在海洋资源探测与开发中,水下机电设备 ( 自 如 主式水
其中的电流包括励磁电流和反射 电流两部分。在传统的高 频变压器设计中,根据法拉第电磁感应定律,计算使磁芯 不饱和的最小匝数作为励磁线圈的匝 。这种方法忽略 励磁电流对线圈损失的影响,只适合于间隙比较小、励磁
电感较大的变压器。但是,在水下应用中,两磁芯之间引 入较大间隙 ,以降低水下操作的难度及水流冲击与污染对 耦合器 电磁参数的影响 ;因此耦合器的励磁电感低 , 励 磁电流大,甚至比反射电流还要大很多。线圈损失的计算 要综合考虑两部分电流的作用。 非接魅武 电能传输系统由于避免了输电过程中的电气连 接和物理接触,适合水下、易燃易爆及有相对运动的输电场
磁路 中激励 出使 两线圈耦合的交变 电磁场 , 频率为 励磁 其
从另一方面又} 口 勖 了线圈损耗。因此, 要提高非接触式电能
图 1 水. H宴 电能传辅 意 图 下j 触 际
Fg 1 S e ho a n ewa r o t t s p we w n mi in 咖 i . k t f nu d r t c na l s o r a s s o c e ce s
的部分为漏磁通。爿
电能传输系统的传输倩 力取决于 旨
mo e a de ctt nmo e f ee uv ln crut f ec u l , e mp s gtep i ayc re t f d l n xi i ao d l 吐l q iae t i i0 o pe d c o i h r r urn 0 c u l it x i t nc re t o c r o n m o pe n oe cti r a o urn a drf ce m e ta da ay igtee et f i e n trso e ctt nc i ntem a n t igid ca c a dc irs t c ,hs n l tdo n, ee n n z h f cso df r tu l n e n fx i i o lo h ao s g ei n n u tn z e n ol ei a e ti sn p p r ic se hec nrdcinb t e heihbtr fet f x i t nc re t n heice s fc irs tn ls e tec i a e dsu sst ta it o o ewent ii ye c o e c ai u rn dt raeo o l ei a c o swh h l n o t o a n s e n o trsc a g . x e i e tlett h w ta ho g hep rm ee pi iain t rn mis ne iin ya dtev l g tbly o u n h n e E p r n a sdsso h ttru ht m r aa tro t zt m o het s si fce c a o n h ot es it f a a i teCL s m cnb m po e fet ey h PTs t y e a ei rv de ci l. v Ke ywo d : we ta s is n; ee t ma n t o u l g; o t z t nd sg r s p r rn m si o o lcr o g ei cc pi n pi a o e in; e ctt n m切1;widn ls mi i xi i ao t n i os g
Wag a ag L Djn hu i ieog Yn C n , hn m n H i , i e ,Z o J ,L Zsn , ag a u C e Y g y n u e j n
(a K y a oFu P w rrnmsi ad ot l a i gU i rtH n z u 107C / ) S t eL bf ld o eTas i o n C n o  ̄ ea n e i, agh 302 ,h a te i sn r, j n vs y o n A s atT i n  ̄h as r aa ̄yo a udr a rot tspw r s so C V sm, ut e pmi tn bt c oeh c t tnf pb t f n e t n ces o eI mii L ' s t a lc rot z i r : r 3 A er ec n w ec al mn s n( O y e s u i ao x
合应用。为提高电磁结构的传输效率,科研工作者对线圈损
失方面做了大量的研究工作。文献【 8 7] - 通过磁场仿真研究了 线圈的损失机理,并提出降低肌肤效应和磁场边缘效应引起

基签 境
目、 (删
l7 1)
作者简介:王海 18 一 ) 9 8 ,男,硕士研究生,主要研充 亨 向:深海非接触电能传输技术
通筒 ^ 李 , 授 , 深 : 黻 哥 主要醪 海蒯 院 向:
0 络、深每饥电装备御 蚓 雕黜式 电 网 能 嵇竞 等, i l@咖 术 1 m 嚼
第7 第8 卷 期
水—
及探索

63 2
的线圈涡流损耗的线圈结构; 文献[通过改变磁芯结构, 9 ] 获 得最优化的线圈宽径比;文献[ ] 1 通过对磁路磁场有限元计 0 算,分析了线圈损失与频率及磁芯结构的关系。然而,针对
而,电流经过线圈产生的电能损失是影啊非接我式电能传输
1 电磁鹃合器结构
电磁耦合器的剖面结构如图2 所示。初、次级线圈分别 连接电源和负载 , 并通过线圈之间的电磁耦合形成能量传输 的通道。 海底基站提供的直Байду номын сангаас电压 在非接触式电能传输系
系统传输效率的主要因素。线圈上的损耗是耦合器的铜损, 由励磁电流和反射电流引起。在传统的高频变压器中,磁芯 间隙很小 , 励磁电感大, 工作中励磁电流比反射电流/{ J导多, 、 因此根据式( 所选线圈匝数可有效限制变压器的铜损。由式 1 ) ( 和式( 可知, 2 ) 3 ) 在大间隙耦合器中, 励磁电流— 殳 咱 很大 , 甚
m t ds r oe f t cao i a udr a rl t m gec ul. y nl  ̄ pr ntsnh uu i ut c e o ip ps o h e itnc lo n ne t e co ant p r a z a e rit m t l dc ne h o d r ext i os f w e er ic e B a y o m e e an a
至比反射 电流还大 ,因此适 当 加励磁线圈匝数 , 增 抑制 励磁 电流 ̄/ 必 要的。但 是 ,线圈的增加同样会增 大其电阻 , J
统中经过开关控制, 转换为频率为. 占空比为D 的方波电
压,电能传输过程中,初级线圈中电流包括励磁电流和反射 电流两部分。励磁电流使初级线圈产生励磁磁势,在耦合器
传输接口,其结构分成两部分 ,都由磁芯和线圈组成 :初 级侧安装在供电结点上 ,次级侧安装在机电设备上。两部
分对接后形成闭合磁路。耦合器初级线圈即为励磁线圈,
收稿日期:21-41 020-0 基金顶 目:高 #饺幅时: 舞 学科点专面开沥 基金资助项目( o001O2) 2 9 1l202; o
主磁通占全部磁通的比例。由于铁氧体材料的磁导率远远大 于海水,主磁路中磁阳基本由间隙 七 和磁芯截面积 。 决定,
因此励磁 电感可表示为




() 2
笔者针对水下应用的大间隙电磁耦合器,提出—种励磁
线圈匝数优化方法。通过对耦合器电路互感模型和励磁模型 的分析 , 将初级电流分解为励磁电流和反射电流;结合线圈 匝数对抑制励磁电流和增加线圈电阻两方面的影响,分析不 同负载电流 隋 况下,线圈损失与匝数之间的关系, I 而获得 使线圈损失最小的匝数值。通过实验对不同线圈匝数的电磁 耦合器进行了电能传输测试。实验结果表明,通过对线圈匝 数的优化选择,可有效提高非接触式电能传输系统的传输效 式中,
产生交变磁通,因此初级线圈
中会产生反电动势, 与转换器输出电 压大小相同, 相位相反。 根据法拉第电磁感应定律,反电动势与磁通变化率成正比。 为防止磁芯饱和,限制磁芯中最大磁通密度为 △ ,则最 E /线圈匝数与输入电压之间的关 系为 J 、
~n : 一一 Ⅳ , ( 1 )
摘 要: 为提高 水下非 接触式电能 传输系统的传输能力, 提出 一种水下电 磁耦合器励磁线圈 结构优化方法。对电 磁耦合器等效电 路的互感模型和励磁模型进行了参数分析,将耦合器初级电流分解为励磁电流与反射电流,并分析不同励磁线圈匝数对励磁电感 以 及线圈电阻的影响, 从而分析了线圈匝 数的抑制励磁电 流作用与增加线圈电阻 损耗之间的 矛盾。 实验结果表明, 通过参数的 优
: 生 : . 。
2 m 4 N ‰ A L f ; e
为每半个周期内,电压作用在线圈上的时间。
由于线圈 电阻值相对线圈的感抗可忽略不计 ,不会对励 磁 电流产生很大影响 ,因此在 E 述分析 中不考虑其影响 。然
率及输出电压稳定陛,并大大降低了系统对电源及转换器的
功率容量的要求。
大间隙电磁耦合器的线圈匝数优化问题的讨论,尚未见相关
文献报 导。
2 4蛾 f
初 级 间隙 次级

l 厂—一
———]

式 中, 。 为磁 略截 面积。
电磁耦合器中的交变电磁场由初级线圈激励产生,其中 穿过次级线圈的主磁通部分形成主磁路,通过外部空间闭合
] 二 I 二 [ l

式中,真空磁导率/= r 1 Hm,海水相对磁导率/ = 。 Z . x0 / o4 t 4 I  ̄ 从式( 中看出,当磁芯结构确定后,励磁电感 厶 与1 2 ) n 司隙长 度 成反比。因此 , 大的间隙会使励磁电感下降,励磁电流
上升 。在交流方波 电压作用下 ,励磁 电流表示如下 :
Vo . I 7 No 8 .
A g 21 u. 02
中 国科 技 论 文 CHIAS E CEP P R N CIN A E
第7 第8 卷 期
21年 8 02 月
水下非接触 电能传输耦合器优化设计
王海洋,李德骏 ,周 杰,李泽松 ,杨灿军,陈 鹰
( 浙江大学流体传 动及控制国家 重点实验室,杭州 302 ) 107
下潜器 A V) U 依靠蓄电池供电, 完成—次下潜任务后需上岸
或返回母船进行充电。这大大降低了—次下潜的有效工作时 间与下潜的效率。随着海底观测网络系统的发展,海底基站 可提供水下电能传输结点,因. k 比 下设备的原位充电成为可 能,而安全可靠的输电接口是实现原位充电的前提。非接触 式电能传输(L T系统由于可避免输电过程中的直接电接 C P) 触和物理接触,成为水下设备原位充电的 方式- J 。图 1 为水— 接触电能传输示 意图。 } 非接触式电能传输系统利用电磁感应原理,通过初 、 次级线圈之间的耦合实现 电能传输。电磁耦合器是系统的
相关文档
最新文档