准非接触电容式集流环的研究

论文摘要

集流环是机电系统集电装置中的一个重要部件,在生产生活中有着广泛的运用。延长集电装置的寿命一直是一个热门研究课题,国内外的研究大都着眼于改善接触供电的磨损状况,而在接触供电方式方面研究较少。本文提出了运用电容元件,在机械上实现非接触,而在电路上构成回路的设计思想,研制出一种准非接触电容式集流环。运用电接触理论,建立了电容式集流环的电接触模型,并将其与普通集流环的电接触模型进行比较,得出其磨损降低的理论依据。同时构建了集流环供电系统的电路模型,分析了旁路阻抗带来的影响,并通过试验验证了模型的正确性,为后续的集流环的设计和实验分析提供了理论依据。设计出集流环模拟工作试验装置,在不同电压、频率和负载下,测试了集流环电容值对输出性能的影响,得出了在获得较高效率传输以及稳定的输出性能时,集流环电容值取值范围。进行了一系列设计参数试验,得出了在集流环的电容值达到纳法级时,集流环的核心部件的间隙、面积、材料等方面的要求。研制出一种具有相向圆盘式布置方式的电容式集流环样机,分析了固定安装方式对集流环工作性能的影响。该集流环的直径为Φ80mm,长度为92mm。测试了样机的空载和负载特性,得出了该样机在接入负载（双信号超声马达,每路电容值为0.72nF）后,工作频率f=23.7kHz、激励电压Up-p=300V条件下的输出性能。测试结果,集流环的近端电压、电流和功率传输效率分别为ηU=0.701、ηI=0.879和ηP=0.616。远端电压、电流和功率传输效率分别为ηU=0.794、ηI=0.837和ηP=0.665。准非接触电容式集流环,具有无电烧蚀、低机械磨损等优点,特别适合在高频环境下工作,在增加转换电路后,也可用于低频直流供电场合,有着广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 集电装置的寿命研究
• 1.2.2 集电装置的阻力研究
• 1.2.3 集电装置的效率研究
• 1.2.4 无刷非接触式集流环的研究
• 1.3 本论文的主要研究工作
• 第2章 集流环电传导接触模型
• 2.1 引言
• 2.2 集流环的微观电接触状态模型
• 2.2.1 微观电接触状态
• 2.2.2 普通集流环的微观接触转换
• 2.3 电容式集流环供电系统电路模型
• 2.3.1 理想电路模型
• 2.3.2 实际电路模型
• 2.3.3 旁路阻抗影响实验
• 2.4 本章小节
• 第3章 集流环电容值的影响因素试验
• 3.1 引言
• 3.2 集流环的电容值对其输出性能的影响
• 3.2.1 阻性负载情况
• 3.2.2 容性负载情况
• 3.3 集流环设计参数试验
• 3.3.1 极板间隙
• 3.3.2 电介质材料
• 3.3.3 镀膜间隙结构
• 3.3.4 镀膜材料组分
• 3.3.5 温度
• 3.4 本章小结
• 第4章 集流环样机的制作与检测
• 4.1 引言
• 4.2 集流环核心部件的设计
• 4.3 集流环样机的组装与调试
• 4.4 集流环的性能检测
• 4.4.1 集流环空载特性的测试
• 4.4.2 集流环负载特性的测试
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 申请专利
• 致谢