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旋转式松耦合变压器的绕组优化设计

磁性元件与电源 2022年第9期 186-196页

作者：杨玉岗王仕贤赵荣理李岚太原理工大学电气与动力工程学院太原030024

旋转式无线励磁系统的核心部件松耦合变压器因存在大气隙,导致其漏感较大,无法有效地提高耦合系数,从而限制了系统效率的提升。为解决该问题,首先对旋转式松耦合变压器进行等效建模与漏感分析,针对常见绕组存在的缺陷进行了改进设计,提出PCB绕组结构。利用ANSYS/MAXWELL仿真分析软件确定该优化结构的可行性。设计S-S谐振补偿方案,运用SIMPLORER与MAXWELL进行联合仿真,进一步验证该方案的优化程度。搭建实验平台,对改进前后松耦合变压器在较大气隙条件下的耦合系数与传输效率进行对比,验证了所提方案的合理性。

关键词：旋转式无线励磁系统松耦合变压器绕组优化 MAXWELL仿真

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一种带引导磁芯的齿轮状松耦合变压器

电气传动 2023年第4期53卷 39-44页

作者：董艺周玉斐刘帅王莹莹南京航空航天大学电子信息工程学院江苏南京210016

感应耦合式无线电能传输系统中,松耦合变压器的耦合系数是影响系统变换效率的关键因素。为提高其耦合系数,针对普通圆盘型松耦合变压器,基于其磁场仿真结果建立等效的磁路模型并作分析,在此基础上对圆盘形磁芯先后采取挖通孔、加引导磁... 详细信息

感应耦合式无线电能传输系统中,松耦合变压器的耦合系数是影响系统变换效率的关键因素。为提高其耦合系数,针对普通圆盘型松耦合变压器,基于其磁场仿真结果建立等效的磁路模型并作分析,在此基础上对圆盘形磁芯先后采取挖通孔、加引导磁芯的方法进行优化,并结合多U型磁芯结构提出一种新型齿轮状变压器结构。通过仿真与实验验证了该结构能在降低变压器重量的同时,有效提高其耦合系数,且具有良好的旋转稳定性。

关键词：感应耦合无线电能传输松耦合变压器磁路模型齿轮状磁芯

用于旋转轴系无线电能传输的松耦合变压器优化研究

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机电工程技术 2022年第5期51卷 6-9,60页

作者：郭艳玲王崇茂李志鹏东北林业大学机电工程学院哈尔滨150040 东北林业大学交通学院哈尔滨150040

采用基于无线电能传输原理的松耦合变压器可以消除旋转轴系传统供电方式(导电滑环)的弊端。在现有松耦合变压器类型中,局部感应式松耦合变压器具有更好的安装灵活性,可以适用于各种场合。但也存在漏磁通大、耦合系数低等问题,导致系统... 详细信息

采用基于无线电能传输原理的松耦合变压器可以消除旋转轴系传统供电方式(导电滑环)的弊端。在现有松耦合变压器类型中,局部感应式松耦合变压器具有更好的安装灵活性,可以适用于各种场合。但也存在漏磁通大、耦合系数低等问题,导致系统的传输效率较低。针对现有局部感应式松耦合变压器存在的问题,采用COMSOL软件,以减少漏磁、提升耦合系数为目的,对提出的一种柱面局部感应式松耦合变压器进行有限元分析,通过对比不同结构形式松耦合变压器的磁通分布情况对其进行优化设计。优化结果表明大的磁芯厚度、磁芯高度、原边磁芯角度与较小的原副边气隙及磁芯截面宽度可使松耦合变压器具有较大的耦合系数,优化后松耦合变压器的传输效率可达70.13%,磁芯的周期平均损耗为1.1976 W,与优化前相比具有更高的传输效率和更低的磁芯周期平均损耗。这为提升松耦合变压器的性能提供了一种有效设计手段。

关键词：旋转轴系无线供电松耦合变压器优化设计

基于D.D.D.型松耦合变压器的无线电能传输系统研究

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电气传动 2023年第10期53卷 29-35页

作者：王鹏程潘立刚王懿杰国网浙江省杭州市萧山区供电有限公司浙江杭州311215 杭州欣美成套电气设备制造有限公司浙江杭州311215 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江哈尔滨150000

无线电能传输(WPT)技术克服了传统有线输电过程对输电场地条件、维护便利性以及安全性的严苛要求,具有广泛的应用场景。在WPT技术中,原副边线圈间的抗偏移特性直接影响着系统电能传输的质量、效率及可靠性。通过对松耦合变压器进行优化... 详细信息

无线电能传输(WPT)技术克服了传统有线输电过程对输电场地条件、维护便利性以及安全性的严苛要求,具有广泛的应用场景。在WPT技术中,原副边线圈间的抗偏移特性直接影响着系统电能传输的质量、效率及可靠性。通过对松耦合变压器进行优化,设计相对应的补偿网络以增强系统的抗偏移特性及输出稳定性。所设计的D.D.D.型松耦合变压器具有较强的抗偏移能力,并且具有良好的磁屏蔽特性。在传统变压器等效模型基础上,考虑漏磁通的影响,提出了对称型并串联/串并联补偿拓扑结构。通过调频控制,维持系统输入阻抗角为零,实现系统高效稳定的输出。最后,为了验证理论分析,搭建了基于D.D.D.型松耦合变压器的250 W实验平台,系统效率达到了88%。

关键词：无线电能传输松耦合变压器抗偏移 PS/SP补偿拓扑

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松耦合变压器的传输效率测试系统设计与实现

松耦合变压器的传输效率测试系统设计与实现

作者：李柏江华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

非接触电能传输技术可实现电能的无电气传输,避免因接触电火花、供电回路短路而造成的安全隐患。松耦合变压器是非接触电能传输系统的核心功率元件,由于系统的负载、体积和重量等因素限制了松耦合变压器的诸多参数,使频率成为优化系统... 详细信息

非接触电能传输技术可实现电能的无电气传输,避免因接触电火花、供电回路短路而造成的安全隐患。松耦合变压器是非接触电能传输系统的核心功率元件,由于系统的负载、体积和重量等因素限制了松耦合变压器的诸多参数,使频率成为优化系统效率的唯一可变因素。因此,设计频率连续可调且满足电压需求的传输效率测试系统,对于非接触电能传输系统的效率最大化有重要意义。首先,对非接触电能传输系统的构成和工作原理进行了分析,建立了松耦合变压器的互感等效电路模型,推导出传输效率与频率的关系式;在基于松耦合变压器传输效率测试系统的需求基础上,分析了系统中功率放大电路的工作原理,并对高频变压器的频率特性以及高、低频段出现的电压衰减和失真进行了初步仿真分析。其次,设计了传输效率测试系统的主电路系统,包括大功率可调稳压电路、功率放大电路和保护电路等,并应用Multisim电路仿真软件对主电路系统进行温度扫描、交流分析以及负载特性测试;然后,对高频升压变压器进行了详细的设计计算,以损耗最小化为原则选择磁芯材料、确定磁芯结构和型号;对磁芯窗口尺寸进行优化,通过COMSOL有限元仿真软件分析了变压器的损耗特性和磁芯饱和现象;针对频率变化过程中出现的电压衰减提出了分频段改变匝数比的方法,使输出电压在需求的频率范围内基本无失真;设计了与高频升压变压器相配合的功率放大电路,在COMSOL中验证了该系统在纯阻性和阻抗性负载情况下都能实现恒压输出,并利用光耦控制直流电压通断的方式实现了分频段协调控制。最后,研发了松耦合变压器传输效率测试系统的实验样机,分别对功率放大电路与整个系统的输出性能和带负载能力进行了实验测试;提出了一种松耦合变压器传输效率的测量方法,确定了松耦合变压器的原副边功率、最大传输效率以及对应的最佳工作频率,为非接触电能传输系统的效率最大化提供一定的理论和实践指导作用。

关键词：非接触电能传输系统松耦合变压器传输效率失真频率分段

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一种结构优化的混合绕制松耦合变压器

电力电子技术 2021年第7期55卷 30-34页

作者：王莹莹周玉斐刘帅任家琪南京航空航天大学电子信息工程学院江苏南京211100

在无线电能传输(WPT)系统中,松耦合变压器的耦合系数直接影响能量的传输效率,为提高变压器耦合系数,对一种绕组混合绕制的非接触变压器进行2D磁场仿真,基于磁场仿真结果,给出该混合绕制松耦合变压器的磁路模型。根据磁力线分布,对初、... 详细信息

在无线电能传输(WPT)系统中,松耦合变压器的耦合系数直接影响能量的传输效率,为提高变压器耦合系数,对一种绕组混合绕制的非接触变压器进行2D磁场仿真,基于磁场仿真结果,给出该混合绕制松耦合变压器的磁路模型。根据磁力线分布,对初、次级磁通进行区域划分,给出各区域磁阻及耦合系数的量化计算方法。以磁阻及耦合系数表达式作为结构优化依据,提出优化结构。采用优化后的结构,设计了30 V输入、90 W输出的WPT系统,结果表明优化后的绕组混合绕制变压器结构的耦合系数得到增加且传输性能得到有效提升。

关键词：松耦合变压器混合绕制磁路模型耦合系数

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轴式松耦合变压器的热行为特性及影响因素

电测与仪表 2019年第7期56卷 22-29页

作者：赵蒙蒙李岩松丰江波刘君华北电力大学电气与电子工程学院北京102206

松耦合变压器作为感应耦合式无线电能传输技术的核心部件,在电能传输过程中产生的热效应会使其温度迅速上升,从而影响其电气性能和使用寿命。针对轴式松耦合变压器的运行特点,研究了松耦合变压器内部温度的分布特征及其热行为的多个影... 详细信息

松耦合变压器作为感应耦合式无线电能传输技术的核心部件,在电能传输过程中产生的热效应会使其温度迅速上升,从而影响其电气性能和使用寿命。针对轴式松耦合变压器的运行特点,研究了松耦合变压器内部温度的分布特征及其热行为的多个影响因素。首先建立了松耦合变压器基于互感结构的电路模型与磁场模型,而后建立了松耦合变压器的热模型,对其产热、散热过程进行分析,并在此基础上实现了基于有限元分析的电磁场-热场耦合;最后根据耦合结果对轴式松耦合变压器内部温度分布进行了分析,并研究了其稳定温升的影响因素。

关键词：松耦合变压器电磁场-热场耦合有限元法温度分布影响因素

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矿用电机车无线充电系统松耦合变压器研究

工矿自动化 2017年第2期43卷 61-66页

作者：时剑文邱利军孙珂中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 北京电子科技职业学院自动化工程学院北京100854

针对传统矿用电机车充电方式存在耗时长、电缆漏电等问题,提出了以松耦合变压器为核心的矿用电机车无线充电系统;利用有限元软件ANSYS Maxwell分析了原副边铁芯配合偏差对松耦合变压器效率的影响,并通过实验进行了验证。仿真和实验结果... 详细信息

针对传统矿用电机车充电方式存在耗时长、电缆漏电等问题,提出了以松耦合变压器为核心的矿用电机车无线充电系统;利用有限元软件ANSYS Maxwell分析了原副边铁芯配合偏差对松耦合变压器效率的影响,并通过实验进行了验证。仿真和实验结果表明:气隙越小,变压器效率越高;横向、纵向位移偏差分别在50,40mm以内时,对变压器效率影响较小。

关键词：矿用电机车无线充电松耦合变压器变压器效率有限元仿真

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非接触电能传输系统的松耦合变压器实验研究

电工电能新技术 2011年第1期30卷 64-68页

作者：郑颖楠陈红张西恩燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室河北秦皇岛066004 中船重工船舶设计研究中心有限公司大连分公司辽宁大连116005

松耦合变压器作为非接触供电系统的关键部分之一,由于磁路中有较大距离的空气磁路,变压器漏感较大,耦合系数不高,因此严重影响了能量传输功率和效率。文中针对影响变压器耦合系数的因素,利用有限元软件ANSYS分别对U、E型两种形状磁芯的... 详细信息

松耦合变压器作为非接触供电系统的关键部分之一,由于磁路中有较大距离的空气磁路,变压器漏感较大,耦合系数不高,因此严重影响了能量传输功率和效率。文中针对影响变压器耦合系数的因素,利用有限元软件ANSYS分别对U、E型两种形状磁芯的磁场分布随气隙大小和绕组位置进行有限元仿真研究,由磁力线的分布和走向可以看出这两个量对耦合系数的影响。进而提出一种可以提高耦合系数的改进磁结构的松耦合变压器,实验验证了理论分析。

关键词：松耦合变压器非接触供电 ANSYS