高速旋转装置气隙功率传输技术研究

论文摘要

高速旋转装置气隙功率传输技术是电力电子、电磁耦合、高频逆变等技术的综合运用,该技术的应用使系统更加安全,可靠,灵活。旋转气隙功率传输技术在很多领域都有广泛的应用,如宇航卫星、新能源、海底资源勘探等。本文针对现有旋转装置气隙功率传输系统中的一些关键技术进行了研究。首先,介绍了旋转气隙功率传输的原理,研究现状以及发展趋势。对旋转气隙功率传输系统的组成进行分析,讨论气隙功率传输系统的设计和应用准则,介绍耦合环节的互感等效电路模型。其次,在系统组成分析基础上,围绕提高传输效率和传输功率的目的,分别对系统磁路和系统电路进行分析；确定了耦合频率和气隙功率耦合装置的结构以及材料；分析了原边绕组电流,提出合适且实用的电路拓扑补偿结构。再次,在完成系统磁路和电路分析的基础上,设计了系统的耦合环节结构,确定系统耦合环节的约束条件,并进行电磁分析。之后,使用Autocad建立其二维模型,并进行二维电磁场分析改进设计结构。最后,在以上分析的基础上进行电路设计,包括整流电路、驱动电路和振荡电路,并确定使用单端反激耦合电路,且选择开关元器件和时钟芯片。通过对电路的磁化电流工作状态分析,并结合仿真结果,对该电路进行了改进。本课题把气隙耦合功率传输技术引入到旋转界面,并进行了前期基础研究工作,为今后该技术发展提供了基础和初步设计经验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景概述
• 1.1.1 电能传输可行方案分析
• 1.1.2 特点和应用场合
• 1.2 无线电能传输应用研究现状
• 1.2.1 无线通信及电能传输概况
• 1.2.2 无线电能传输技术
• 1.3 高速旋转装置气隙功率传输技术发展背景
• 1.3.1 发展历史
• 1.3.2 气隙功率传输技术的研究现状与发展趋势
• 1.3.3 技术应用
• 1.4 本文研究目的和主要内容
• 2 高速旋转气隙功率传输系统
• 2.1 系统传输能量的原理和方法
• 2.1.1 感应耦合传输功率的基本原理
• 2.1.2 感应耦合的信号传输方法
• 2.2 气隙耦合电能传输系统设计特点
• 2.3 系统组成分析
• 2.3.1 系统组成
• 2.3.2 高频逆变与谐振变换
• 2.3.3 耦合环节
• 2.4 系统磁路分析
• 2.4.1 影响因素
• 2.4.2 感应耦合频率的选择
• 2.4.3 气隙感应耦合装置的材料选择和比较
• 2.4.4 气隙变压器的结构选择和比较
• 2.4.5 系统磁路分析的结论
• 2.5 系统电路分析
• 2.5.1 原边绕组电路电流
• 2.5.2 耦合补偿拓扑分析
• 2.6 本章小结
• 3 系统耦合结构设计及改进
• 3.1 结构设计的约束条件
• 3.2 耦合结构的电磁分析
• 3.2.1 磁阻分析
• 3.2.2 互感分析
• 3.2.3 结论
• 3.3 结构设计模型
• 3.3.1 AutoCAD建模
• 3.3.2 磁芯的maxwell电磁仿真建模
• 3.4 气隙变压器的二维电磁场分析
• 3.4.1 静态磁场仿真
• 3.5 本章小结
• 4 电路设计
• 4.1 整流电路
• 4.2 MOSFET功率管的特性
• 4.3 电路设计和仿真
• 4.3.1 单端反激式电路
• 4.3.2 磁化电流的临界状态
• 4.3.3 磁化电流的不连续状态
• 4.3.4 磁化电流的连续状态
• 4.3.5 仿真和改进
• 4.4 驱动电路设计
• 4.5 振荡电路设计
• 4.6 本章小结
• 5 总结展望
• 5.1 工作总结与结论
• 5.2 未来研究发展方向展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果