高温超导无线电能传输系统耦合机制与特性

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无线电能传输是一种新型的能量传输技术,是当前的一个热点研究领域,其可以克服传统电能传输方式依赖导线的缺点,具有广泛的实用性。但是,无线电能传输功率和传输效率与传统电能传输相比,还存在一定的差距,这也是阻碍该技术推广应用的重要因素。针对这个问题,考虑到高温超导材料低损耗和高电流密度的特性,本文将高温超导与无线电能传输技术结合,首先从理论上分析各电气参数之间的关系,然后对高温超导线圈的工作特性进行了仿真分析,最后探讨了高温超导无线电能传输系统的在不同参数下的耦合机制与特性。具体内容如下:
  (1)基于空心变压器等效电路分析了无线电能传输系统基本工作原理,从理论上推导了系统的传输功率和传输效率,分析并总结了影响系统传输功率和传输效率的参数之间的关系,说明了高温超导技术引入到无线电能传输系统的优势。同时,通过高温超导线圈结构及产生的磁场分析,得到一种更适合无线电能传输系统的交错式排列饼式高温超导线圈结构。
  (2)基于H方程对高温超导线圈进行了仿真分析,研究了超导线圈磁场分布、电流密度分布以及交流损耗随工作电流幅值和频率的变化规律,得出平均交流损耗与电流幅值呈指数关系、与频率几乎成正比的结论;以跑道型线圈为例介绍了超导线圈的三维建模方法,并通过不同位置的截面磁场分布对比,体现出三维建模的意义。
  (3)引入了均一化方法,并通过交流损耗的计算验证表明均一化方法的误差非常小。在此基础上,利用H方程和均一化方法建立了高温超导无线电能传输系统二维轴对称模型,对其磁场、电流密度和临界电流密度的分布进行了分析,并且探讨了不同负载、不同工作频率和不同轴向线圈间距对系统的交流损耗及传输效率的影响,然后建立三维模型仿真分析了径向线圈间距对系统的交流损耗和传输效率的影响,结果表明存在最佳负载电阻和最佳工作频率使传输效率最大,并且传输效率在一二次侧同轴时效率最大,并随着线圈间距的增大而减小。
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