无线充电系统旋转式电磁耦合器损耗计算及热点温度研究

电磁耦合器是实现无线电能传输(WPT)技术的核心元件,其工作温度决定了系统运行的稳定性与使用寿命。为此该文以抗偏移能力强的旋转式电磁耦合器为研究对象,针对该电磁耦合器在非正弦激励下损耗及温度精确计算的问题,同时为避免大量实验数据繁琐采集过程,利用瞬态电磁-热流场双向间接耦合方法,建立考虑绝缘引起的匝间距及温度对材料属性影响的三维电磁场仿真模型,而后将电磁损耗计算结果作为载荷耦合至热流场中并建立对应关系,实现对热点温度计算。仿真与实验结果表明,物理模型的热点温度与测量值最大误差为5.15%,仿真得出的温升分布规律能较准确地展示实际情况,验证了物理仿真模型的合理性,可为旋转式电磁耦合器的散热设计提供依据,在工程应用中具有一定指导意义。

水下航行器非接触式充电电磁耦合器磁场分析

非接触式充电是一种新型的能源补给方式,其效率高、绝缘性好、结构简单等特点使得其在水下航行器能源补给方面有良好的运用前景;电磁耦合器是水下AUV非接触式充电系统的关键组成部分,从实际运用环境出发,设计了便于水下航行器对接的电磁耦合器磁芯结构和外形结构,并利用电磁场有限元分析软件Magnet对电磁耦合器进行了磁场仿真分析;分别研究了电磁耦合器气隙和偏心对系统磁场的影响,研究表明气隙为4mm时的磁场强度是2mm气隙时的47.36%～53.26%,当存在2mm的偏心时,磁场强度无明显下降,但磁芯边缘磁场强度较大区域缩小28.04%;最后对非接触式充电系统的设计提出了建议。

基于RFID技术的嵌入式充电桩电磁耦合器设计

嵌入式充电桩电磁耦合器是实现充电桩的感应电能智能控制和传输的重要部件,设计充电桩设计的核心。通过对电磁耦合器的优化控制设计提高充电桩电能输入输出的稳定性。提出基于RFID技术的嵌入式充电桩电磁耦合器设计方法,进行嵌入式充电桩的充电原理分析和系统的总体设计描述。在平板式电磁耦合器基础上构建嵌入式充电桩电磁耦合器电能传输的拓扑结构,基于RFID无线射频识别技术进行嵌入式充电桩电磁耦合器的电路集成设计,采用自适应加权耦合控制进行嵌入式充电桩电磁耦合约束参量的优化控制,提高输出性能。实验结果表明,该系统具有较好的智能充电控制能力,对电动汽车的充电效率较高,提高了智能充电桩的电能传输效率。

电磁耦合器的等效电路

电磁耦合器是第三代变速恒频风力发电机组——调速型同步发电机组的关键部件,它本质上是一台定、转子都能旋转的异步电机。通过频率归算和绕组归算.推导了电磁耦合器的等效电路,并且用等效电路分析了电磁耦合器的能量关系和电磁转矩表达式。从理论上证明了通过调节气隙旋转磁场的幅值和转速,可以有效调节电磁耦合器传递的转矩和输出的机械功率。

电磁耦合器矢量控制优化方法的研究

电磁耦合器矢量控制过程中对永磁同步电机耦合器的稳定性要求较高,一般的矢量控制很难满足要求,需要进行矢量优化控制。提出一种基于多目标粒子群优化的永磁同步电机的矢量控制优化算法,设计电磁耦合器和感应电能传输电路,构建控制参数约束模型,在控制目标函数中加入权重系数,通过控制不同目标的重要性,从而得到经过多目标粒子群优化后的目标函数,实现矢量控制优化,进行永磁同步电机的磁场分布仿真和电机效率仿真测试。仿真结果表明,采用该矢量控制方法进行永磁同步电机优化设计,提高对永磁同步电机漏感和励磁电感的计算精度,优化电机的电能传输效率,电磁耦合器可以在较大的负载范围内实现稳定的电压输出,具有较高的应用价值。

基于电磁耦合器调速的同步发电机控制研究

分析了基于电磁耦合器风电机组的结构组成及其工作原理。依据电磁耦合器的转矩传递和转速调节特性,在最大风能跟踪区和恒转速区分别采用最优转矩和转速闭环的控制方法建立电磁耦合器调速风电机组的风能跟踪控制的仿真模型。在以上2种运行区域及其过渡区的阶跃和随机2种风况下的仿真结果表明,该风能跟踪控制方法可以使风力机较快地达到并保持最大风能捕获的运行状态,稳定地完成运行区域的转变,有效地实现了最大风能跟踪的目的。

基于水下感应电能传输的电磁耦合器设计研究

电磁耦合器在水下传感领域有着很好的应用。电磁耦合器在工作中,受到水下复杂情况的干扰,器件的充电时间隙稳定性和效率都存在较大的波动。传统的电磁耦合器对于充电时间隙的稳定性要求较高。在进行水下充电时,由于洋流的存在,电磁耦合器的间隙不可能保持十分稳定。当间隙出现偏差时,电磁耦合器性能出现较大偏差。针对这一特殊问题,提出了一种新型的平板式电磁耦合器设计方法。首先应用有限元方法计算系统的漏感和励磁电感,建立含有补偿电容的电磁耦合器等效电路,并对初级电路和次级电路进行了设计,然后对系统的电压增益和效率进行理论推导和计算。仿真结果表明,平板式电磁耦合器有着稳定的电压增益和充电效率,当偏芯在10mm以内时,电压增益仍稳定在5.8%以内,效率保持在90%左右。

海洋浮标非接触电能传输电磁耦合器设计

海洋浮标是海洋监测系统的重要环节,而电能供给问题是海洋浮标系统能否实现对海洋环境实时监测的关键,为了解决海洋浮标系统供电难的问题,提出一种基于电磁耦合原理的非接触电能传输系统的新结构。该结构将固定海洋浮标用的钢缆和传输电能用的电缆分开,用一个和钢缆线平行的电缆环专门用于电能传输。并对电能传输系统的核心部件电磁耦合器进行了设计,选择了磁芯的材料,并利用磁芯几何常数对磁芯的结构参数进行了计算,确定了磁芯的型号,最后计算了绕组匝数。实验表明,系统传输功率达到了22.8 W,总体效率57%,实现了非接触电能的小功率传输,对解决海洋浮标的电能供给问题具有一定的实际意义。

磁疗电磁耦合器设计及磁场空间分布研究

为了克服当前磁疗用电磁耦合器磁场分布均匀性差、成本高、体积大的缺点,根据电磁场对成骨细胞和破骨细胞的作用机理以及人体脊椎的特点,利用一组扁平线圈设计了一种用于治疗人体脊椎骨质疏松的电磁耦合器。用MAXWELL有限元分析软件对该电磁耦合器的磁场空间分布进行分析,计算表明在水平及垂直两个治疗作用主平面上磁场分布的均匀度小于20%,较当前广泛应用的其他类型的电磁耦合器有较大的提高,为研制新型人体脊椎磁疗电磁耦合器打下了理论基础。

基于RFID无线射频识别技术的嵌入式充电桩电磁耦合器设计

随着电动汽车的普及和推广,将会有更多的配套充电桩投入使用,因而充电桩的设计和发展也会越来越成熟,其设计会更加科学合理,控制系统和电气系统也会更加完善。以嵌入式充电桩电磁耦合器为研究视角,提出依托无线射频识别技术如何设计嵌入式充电桩电磁耦合器,并采用实验检验设计充电桩输出功率及其充电效率,表明本次研究符合实际需求,具有较高的充电效率。

永磁无刷直流电机的电磁耦合器优化控制研究

永磁无刷直流电机的电磁耦合器是实现感应电能传输的重要器件,通过对电磁耦合器的优化控制设计,提高电磁耦合器的稳定性和输出增益。提出一种基于优化粒子群算法的电磁耦合器优化控制方法,首先进行了永磁无刷直流电机的电磁耦合器的等效电路设计,构建电磁耦合器控制的约束参量模型,以输出电压增益、功率损耗与效率为约束参量构建控制目标函数,实现控制算法的改进,进行了永磁无刷直流电机的电磁耦合器的优化设计。仿真实验结果表明,能有效提高永磁无刷直流电机的电磁耦合的输出稳定性,电机输出的电流增益、电压增益与输出效率高于传统方法,展示了较好的应用价值。

基于电磁耦合器调速的新变速恒频风力发电机组

为改善风力发电机组对电网电压的支撑和故障穿越能力,提出了基于电磁耦合器调速的新型风电机组。在其传动链中,电磁耦合器的两端分别与变速齿轮箱的高速轴和恒速同步发电机的输入轴连接,两个轴系之间的转速差由电磁耦合器及变频器控制。基于电磁耦合器的工作原理,分析了风力机和电磁耦合器的转矩特性,提出了电磁耦合器的设计方法,在Matlab/simulink平台上搭建了整个系统的仿真模型,并完成了系统并网运行时的稳态性能仿真。结果表明:基于电磁耦合器调速的风电机组只需配备机组功率15%左右功率容量的电磁耦合器和变频器即可实现变速恒频运行,而且该类风电机组具有与常规火力发电机组相似的电网支撑和故障穿越能力。

浮标系统中电磁耦合器对电能传输效率影响的研究

因传统接触式与自容式供电方式无法很好的运用于锚定式海洋浮标系统中去应对复杂海洋环境,很容易出现不同程度的损坏,也无法满足系统长时间、周期性的工作。本文提出利用电磁耦合器作为核心器件来实现对海里传感器的无线充电,并利用Ansys MaxWell软件对影响电磁耦合器电能传输效率的一些重要参数进行仿真分析,分析出电磁耦合器间隙、偏移量以及绕组位置等参数对耦合系数的影响,并提出一种可以提高耦合系数的平面绕组超扁型罐状电磁耦合器,从而提高电能传输效率,最后实验验证理论分析。

电磁耦合调速风力发电机组模拟实验研究

电磁耦合调速风力发电机组实现了同步发电机直接并网运行,可有效地改善风电机组的暂态过载、故障穿越和电网电压支撑能力,提高风电机组与电力系统的兼容性。利用变频调速电磁耦合装置将齿轮箱输出轴功率以非接触方式传递到同步发电机,增加了功率传动的灵活性,避免了发电机故障冲击转矩对齿轮箱的破坏。为了研究该类机组的运行控制方法和功率传输效率等问题,该文设计并搭建一套30 kW电磁耦合调速风电机组模拟实验平台,通过实验验证了所提出电磁耦合调速风电机组的启动、并网、不同风况下稳态运行、脱网及停机等各阶段控制策略的有效性。测量了电磁耦合调速装置在不同运行工况下的功率传输效率。

反推滑模控制在电磁耦合调速型风电机组中的应用研究

针对电磁耦合调速型风电机组的风能跟踪中存在的跟踪效果较差的问题,提出了一种基于反推滑模控制的最大风能跟踪控制算法。依据风力机运行特性和电磁耦合器的工作原理建立了电磁耦合调速型调速型风电机组的数学模型,阐述了在该风电机组中最优转矩控制的具体应用方法,并获得参考转矩。最后依据反推滑模控制原理设计分别应用于最大风能跟踪区恒转速区的转矩滑模反推控制器和转速滑模反推控制器,验证了系统的稳定性。与转矩反推控制和传统最优转矩控制相比,该方法能够快速准确地跟踪风速的变化,以最佳叶尖速比运行,更好地实现最大风能跟踪的目标。

电磁差速耦合轮对导向机理

为解决独立旋转车轮在直线上不易自动对中和小半径曲线通过能力不足的导向问题,国内外学者提出了诸多耦合轮对技术方案。文中提出了一种新的电磁差速耦合轮对技术方案,该技术方案是在独立旋转车轮的基础上横向加装电磁耦合器构成耦合轮对,以实现独立旋转车轮差速控制。利用电磁耦合器的等效电路计算电磁耦合器传递的电磁耦合力矩,通过对电磁差速耦合轮对的力学模型分析得出电磁耦合力矩与轮轨纵向蠕滑力矩间的关系,阐述了电磁差速耦合轮对的导向机理。分析结果表明:电磁差速耦合轮对可以利用电磁耦合器的能量双向流动特性实现兼具直线对中能力和曲线通过能力,且电磁差速耦合轮对可以较好地解决独立旋转车轮在直线上不易自动对中和小半径曲线通过能力不足等问题。

车用机电复合储能系统的能量特性分析

针对混合动力汽车制动能量回收-释放过程中多元能量转化形式限制的问题,本工作提出了一种新型的车用机电复合储能系统。车辆减速时,系统可将一部分汽车后轮传递的动能转化为电化学能存储于电池中,其余部分直接以动能形式储存。首先,分析了该系统在汽车加速、减速工况下的能量转换特性,推导出电磁耦合器在额定状态下机械端口、电气端口的转换功率。其次,基于MATLAB/Simulink中建立的系统模型,讨论了汽车以60 km/h初速度减速至42 km/h下巡航时系统的功率特性和能量特性,减速过程中电磁耦合器输出功率由1.257 kW增大到1.546 kW,其传递的功率约为额定功率的1.14~1.41倍。此过程中,该系统可将来自汽车后轮动能的72.34%直接储存于飞轮中,27.66%的能量经电磁耦合器电气端口转换后储存于电池中。最后,搭建了车用机电复合储能系统运行试验台,验证了系统的合理性。

高频无极灯耦合效率的分析

针对高频无极灯在工艺和性能上存在的问题,对无极灯的耦合效率进行了综合技术分析.对影响无极灯光效耦合效率的各种因素进行了综合系统的试验研究,分析了测试结果,提出了工艺上的改进要素,为进一步提高无极灯的光效提供了依据.结果表明,高频无极灯的耦合器在改进制作工艺后,无极灯的光效在耦合效率上得到了较大的提高,具有良好的应用前景.

旋转式无线充电系统损耗及温度研究

电磁耦合器是实现无线电能传输(WPT)技术的核心组件,其性能和工作温度决定了系统运行的传输效率与使用寿命。为此以强抗偏移性的旋转式电磁耦合器为研究对象,分析和计算了非正弦激励下磁场及损耗分布,通过建立自然对流下计及温度效应的多物理场耦合模型,实现对电磁耦合器温度的精确计算。实验结果验证了理论分析的正确性,通过仿真得到的温升分布规律能较准确展示实际情况,为旋转式电磁耦合器的散热设计提供理论依据。

基于涡流变化的高压断路器非接触带电检测技术

涡流变化对高压断路线圈的电流分布具有关联性,为了提高高压断路器非接触带电检测效果,提出基于涡流变化的高压断路器非接触带电检测技术。采用有限元分析方法构造高压电路器的涡流场3D分布模型,设计电磁耦合器进行高压短路器的电磁耦合控制,计算涡电流、漏感和励磁电感等参量值,采用非线性定量递归分析模型描述高压断路器的涡流变化及磁场分布,设计整流和滤波电路进行涡流整流调制,进行非接触式高压断路器的非接触带电检测电路设计。测试结果表明,采用该方法进行高压断路器非接触带电检测的动态耦合性好,电流振荡幅度低,获得了理想的非接触带电检测结果。