用于AUV接驳系统的水下感应式电能传输系统的设计与分析
研究目的:针对海水和高压环境,设计了一种稳定、高效的感应式电能传输装置,并在原型系统的基础上,对不同参数下系统的传输能力和效率进行分析,评估系统的电路损耗、线圈损耗和涡流损耗,探讨功率增大时系统效率的变化趋势和提高系统性能的方法。
创新方法:设计适用于AUV接驳系统的耦合线圈,并详细分析各设计参数对系统性能的影响。然后从损耗的角度对系统效率进行评估和预测,通过分析损耗的来源和特点,提出提高系统效率的方法。
研究手段:建立系统简化模型后,采用MATLAB编程进行数值运算,避免了繁琐的化简过程(且实际化简结果也十分复杂,难以找到规律)。用MATLAB编程运算的另一大优点是可以有效的对各设计参数进行分析,得到直观的图形结果。通过分析损耗来评估系统效率,对系统的损耗来源做全面的分析对比,有利于找到提升系统效率的方法。采用瞬态电路仿真对电路中的半导体元件和线圈的损耗进行分析,并且,采用ANSYS瞬态电磁场仿真对系统的涡流损耗进行分析。通过仿真和试验结果的对比验证了仿真手段的有效性。仿真方法也可以为新系统的参数设计提供参考。
重要结论:1. 采用次级串联谐振方式,线圈间的耦合系数对系统输出功率有影响,但对系统的效率影响很小。2. 可以通过降低频率或者采用更合适的线缆减小线圈损耗;电路损耗主要来自开关管和二极管的半导体损耗,通过选择更合适的元器件或者采用软开关降低半导体损耗;当腔体直径远小于线圈直径时,腔体中的涡流损耗很小,且海水中的涡流损耗相较于其他损耗也比较小。3. 通过调整线圈的电感和增大输入电压可以提高系统输出功率。并且通过增大电压的方式在系统功率升高的同时,系统效率也随之提高。
关键词:
接驳系统电能传输,
水下无线电能传输,
感应式电能传输,
耦合系数,
效率,
损耗,
涡流