新型旋转式非接触电能传输系统研究

摘要

旋转式非接触电能传输技术基于电磁感应耦合定律，利用电力电子变换器和旋转变压器实现电能从静止端到旋转端的非接触传输，代替传统供电方式中的导线、电刷和滑环的存在，提高了供电的可靠性和安全性。
　　本文设计了一种新型旋转式的非接触电能传输系统，对旋转型非接触电能传输技术的国内外研究现状做了简要介绍，分析了旋转式非接触电能传输系统的结构和基本原理。对系统的核心部件旋转变压器的等效电路及磁路模型进行了分析，由于旋转变压器的初次级绕组间的气隙较大，造成变压器的耦合系数较低，本文对原有罐型变压器模型进行了改进，提出了一种在不减小变压器的气隙大小且不改变原变压器模型的物理尺寸的前提下，通过增加磁芯空间利用率来提升变压器耦合系数k的改进后的变压器结构。
　　利用Ansoft Maxwell软件建立变压器仿真模型，通过对原罐型变压器的三维模型仿真分析，确定了耦合系数提升效果最佳的改进后的变压器结构，得出了两种变压器结构的耦合系数k及互感值M与气隙大小的关系。利用对二维模型的仿真，对两种变压器结构的磁力线分布和磁密分布图进行分析对比，验证了改进后的变压器结构的优越性。使用 Saber仿真软件对采用移相控制的全桥谐振变换电路的特性进行了分析，得出了移相角与变压器的初次级电压、电流及系统输出电压的关系。搭建了旋转式非接触电能传输系统的实验平台，完成了相关的实验验证。实验结果表明改进后的变压器模型可在气隙超过3mm时提高耦合系数k，且最大幅可提高35%。

目录

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致谢

1 绪论

1.1 课题研究意义及目标

1.2 旋转式非接触电能传输技术简介

1.3 旋转式非接触电能传输的国内外研究现状

1.4 本文研究内容及结构安排

2 旋转式非接触电能传输系统基本原理及旋转变压器研究

2.1 旋转式非接触电能传输系统的基本原理分析

2.2 旋转变压器的设计及参数选择

2.3 旋转变压器等效电路及磁路模型分析

2.4 旋转变压器的改进设计

2.5 本章小结

3 旋转式非接触电能传输系统电路设计和特性分析

3.1 系统构成

3.2 谐振补偿电路的设计

3.3 逆变电路的设计

3.4 驱动电路设计

3.5 整流滤波电路设计

3.6 移相控制全桥谐振变换电路特性分析

3.7 本章小结

4 仿真及实验验证

4.1 旋转变压器的Ansoft Maxwell仿真

4.2 旋转式非接触电能传输系统电路仿真

4.3 实验验证与结果分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

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