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应用于深海环境的非接触式电能传输系统的关键技术研究

作　者: 陆晴云
导　师: 李德骏
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 深海非接触式电能传输耦合器机械封装电路仿真 Ansoft Maxwell Solidworks MATLAB Simulink
分类号: TM724
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

海底观测系统中海洋机电设备的安全供电是海洋课题研究的关键热点。传统输电方式在深海环境的应用中暴露出了安全隐患大等缺点,本文研究的深海非接触式电能传输系统,利用电磁互感耦合的原理在电源与负载之间进行电能传输,不需要直接的电气连接,可以有效适应深海应用环境。本文分别从深海非接触式电能传输系统的耦合器子系统、机械封装子系统、电路子系统这三个部分进行分析与优化。研究重点在于设计本装置中的耦合器子系统,以及整个装置都赖以正常工作的机械封装子系统。在耦合器子系统的分析中,根据非接触电能传输的机理,建立磁阻模型与励磁模型,分析其电感、耦合系数等参数与结构尺寸的关系；针对海洋环境下的应用所带来的特殊问题,优化磁阻模型,并对磁通管进行分割,计算各关键参数；将理论推导、仿真计算与实验测量获得的数据进行比较分析,证明了所建模型的正确性；根据此模型优化耦合器的结构,增大耦合系数,提高了耦合器的传输性能,完成对耦合器的分析与优化设计的过程。在机械封装子系统的设计中,通过对单元体各方向应力的受力分析,计算耐压腔体的壁厚与端盖厚度,并进行强度校核与稳定性校核；选择密封方式,并通过ANSYS有限元仿真校核其密封性能；用AutoCAD和Solidworks设计封装的机械结构,并通过有限元仿真校核结构强度并优化；将所设计的结构交付加工,并成功应用于现场实验。对电路子系统进行原理模型、仿真模型与实验模型的搭建；通过理论计算与MATLAB Simulink 电路仿真测试,分别对电路系统的谐振频率等参数进行分析；进行实验测量,验证模型的正确性,简化系统的设计过程。用这种方法设计与制作整套系统时可以提高工作效率,避免大量不必要的重复的实验过程。本系统于2011年10月在千岛湖进行了水下20米深度的浅水试验,在直流输入50V电源的情况下,完成了50W的功率传输,传输效率达到了85%。证明了本文所分析并优化的部分能够在浅水应用环境下正常工作。

应用于深海环境的非接触式电能传输系统的关键技术研究

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