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无接触供电技术是一种新型的电能传输技术,它综合运用电磁感应耦合技术、高频变换技术以及电力电子等技术实现能量的无接触传输,克服了传统电能传输的诸多弊端,成为研究热点。无接触变压器是无接触供电系统的核心部件,其耦合性能和参数对整个无接触供电系统的传输能力至关重要。
本文针对高速磁浮列车的无接触供电系统,从理论分析、计算机仿真和实验验证三个方面研究了无接触变压器的耦合性能和传输特性,主要工作及研究成果如下:
首先用互感模型对无接触变压器进行建模,研究了其传输特性,并分析了变压器的各个参数对输出功率和传输效率的影响,表明提高变压器的传输性能的关键是提高互感,同时应减小变压器的电感和电阻;选择初级串联次级串联的补偿方案,并给出无接触供电系统的传输特性。
基于有限元法利用电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwell 3D分析计算了初、次级绕组的几何结构参数和工作频率对无接触变压器的耦合性能的影响,为绕组的优化设计提供依据;基于一种新型夹层式铁芯结构,研究了其磁场分布和耦合特性,为设计出高耦合性能的无接触变压器提供了依据。
最后,根据上述分析设计了一个小型无接触变压器的样机,通过仿真分析和实验验证的方法,研究了该结构无接触变压器次级位移对耦合性能的影响,并分析了加入补偿前后该无接触变压器组成的无接触供电系统的传输特性。实验结果表明,气隙为16.3mm,负载为20Ω时该无接触供电系统的传输效率能达到91.2%,证实了该结构无接触变压器在较大气隙下能够以较高效率实现电能的无接触传输,具备用于高速磁浮列车的可行性。