海洋流驱动的旋转磁场发电装置的理论及试验研究

摘要

随着我国不断加强对海洋环境监测的重视,对水下环境监测仪器设备的需求日益增加,而水下环境监测仪器设备大多工作时间长,功耗大,因此水下环境监测仪器的电能补充问题也成为了一个亟待解决的难题。需要一种持久的、环保的、低成本的新方式来取代传统的电池供电方式。海流能正是这样一种适用于给海洋环境监测设备供电的能源,基于上述情况,本文根据海流能的特点,设计出一种适用于潜标供电的发电机。进行理论分析和实验研究,对其进行结构参数分析,提高发电效率。
　　旋转磁场海流发电装置的作用是将海流能转化为电能,它的工作原理是:海水以一定的速度流入装置,海流经过叶轮作用在叶片上,形成转矩,使叶轮转动。叶轮转动的同时带动叶轮表面的永磁体也随之转动,形成一个旋转的磁场。线圈与磁场间有相对运动,线圈切割磁感线,产生感应电动势,从而产生电流。装置采用内部贯通的结构,平衡进出口的压力,有效的解决了现有传统潮流能发电装置在水下压力过大的问题,减少了流速变化产生的影响。其次,该装置无传动系统,直接叶轮带动磁铁转动,解决了传统水平轴潮流能发电装置传动系统柔性差、易损坏的缺点。
　　通过对装置的理论分析与试验研究,可以得到结论该海流发电装置具有可行性。旋转磁场发电装置的输出功率与线圈的形状、大小、匝数等参数有关,发电装置的功率均随线圈匝数的增加先增大后减小;线圈形状对装置功率影响不大。当线圈的内径略小于永磁体的直径时,发电装置的输出功率最大。旋转磁场发电装置输出功率随水流速度的增大而增大。采用多排线圈与磁铁可以大幅提高发电装置的功率,当采用3排交错线圈与磁铁时,预计可使旋转磁场发电装置的功率提高到10mW级。

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1.前言

1.1研究背景及意义

1.2海洋监测设备自发电系统的国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

2海洋流驱动的旋转磁场发电装置的原理分析、设计及理论计算

2.1海洋流驱动的旋转磁场发电装置的原理与分析

2.2海流驱动的旋转磁场发电装置原理设计

2.3海流驱动的旋转磁场发电装置电磁场理论计算

2.4本章小结

3.海洋流驱动的旋转磁场发电装置的仿真研究

3.1旋转磁场发电装置仿真前处理

3.2旋转磁场发电装置仿真结果及分析

3.3本章小结

4.海洋流驱动的旋转磁场发电装置的结构参数分析

4.1线圈参数对旋转磁场发电装置的影响

4.2多级转子发电装置

4.3本章小结

5海洋流驱动的旋转磁场发电装置的试验研究及结果分析

5.1旋转磁场发电装置试验设计

5.2 旋转磁场发电装置在空气中的试验研究

5.3旋转磁场发电装置在水下的试验研究

5.4多级转子旋转磁场发电装置的试验研究

5.5 本章小结

6结论及展望

6.1本文研究的结论

6.2对未来工作的展望

参考文献

致谢

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硕士期间发表的论文