无线充电系统电磁屏蔽与效率优化技术研究

在电动汽车无线电能传输系统中,磁屏蔽效果往往以牺牲传输效率为代价,如何减少磁泄漏的同时提高传输效率是一 个难题。 为此本文提出了一种新型强耦合磁屏蔽结构来减少系统磁泄漏。 首先,提出了一种强耦合磁屏蔽线圈结构,基于提出 的屏蔽线圈结构,分析了屏蔽线圈阻抗特性对系统漏磁与传输效率的影响;其次,给出了一种漏磁优化流程,运用提出的优化流 程,得到了满足设计要求的各线圈参数;最后,根据得到的线圈参数研制了一套基于电动汽车带磁屏蔽结构的无线充电系统,通 过仿真和实验验证了所提结构与方法的有效性。 结果显示,提出的新型强耦合磁屏蔽线圈不仅使系统的磁泄漏有效降低了 28%,且传输效率提升了近 4%。     

邻近耦合无线电能传输系统的高效屏蔽设计与优化

在无线电能传输技术的实际应用中,当多个距离相近的无线电能传输系统同时工作时,系统间漏磁场引起的耦合会对周围的电磁环境产生影响,干扰系统谐振参数,进而降低系统工作效率。针对此问题,文中设计了一种谐振屏蔽线圈以消除系统间邻近耦合,分析了其工作原理及其对改善邻近耦合和传输效率的影响。通过仿真及实验,研究了线圈形状及匝数对屏蔽效果的影响,并对屏蔽线圈进行了结构优化。结果表明,方形密绕线圈屏蔽效果较好,可有效降低系统间邻近耦合造成的参数扰动,有助于系统调谐以提高邻近耦合下的系统传输效率。     

无线电能传输系统高效率低漏磁的全向环绕型

在电动汽车无线电能传输系统（WPT）中,如何通过电磁屏蔽技术来降低WPT系统中的漏磁,同时维持较高的传输效率是一个难题。为此本文提出了一种全向环绕型有源磁屏蔽线圈结构来减少WPT系统中的漏磁。首先,分析了该结构的磁屏蔽工作原理以及设计思路,推导了该结构的数学模型;其次,根据本文线圈结构高效率低漏磁的特点,提出了一种线圈优化方法,得到了满足设计要求的线圈参数;最后,根据得到的线圈参数,搭建了一套基于所提线圈结构的WPT系统,并通过仿真和实验验证了该结构和方法的合理性。结果显示,在传输功率为4 kW时,本文提出的线圈结构在偏移0 cm时,目标面的最大漏磁为3.76 μT,相比无屏蔽线圈结构降低了43.63%的漏磁,并且传输效率高达95.58%;在偏移10 cm时目标面的最大漏磁为6.03 μT,仍符合漏磁安全标准,并且传输效率为92.92%,高于同尺寸无源屏蔽线圈结构和传统有源屏蔽线圈结构的传输效率。     

谐振式无线供能心脏起搏器多线圈无功屏蔽研究

为降低心脏起搏器无线供能系统的漏磁场对人体的伤害,该文提出一种150kHz条件下谐振式多线圈无功屏蔽心脏起搏器无线供能系统。建立LCC-C的补偿电路模型,通过研究谐振无功屏蔽线圈原理,仿真研究三种屏蔽线圈环路、匝数的磁场分布和传输效率,以及人体半身模型的电磁-温度场分布,确定了屏蔽线圈的最优环路和匝数。实验结果表明,在3环-5匝最优屏蔽结构下,距中心点35mm处的磁通密度减小了20.22%,传输效率可达76.03%,此时体内温升为1.01℃,符合植入式器件安全规定。所设计的多线圈无功屏蔽结构能有效降低无线电能传输（WPT）系统的漏磁,为植入式器件无线供能系统设计提供了一种新思路。     

高压自耦变压器的涡流损耗计算与屏蔽措施

为应对大型电力变压器漏磁场及杂散损耗问题,采用三维非线性涡流场有限元分析方法,以1台高压自耦变压器为研究对象,引入B-H曲线来描述非线性材料的磁特性,对变压器结构件进行了漏磁场及涡流损耗计算。采用屏蔽措施之前,油箱及夹件等结构件涡流损耗及涡流损耗密度较大,容易引起局部过热问题并且影响变压器正常运行。通过进一步分析,给出了油箱磁屏蔽、夹件L型磁屏蔽和肺叶式磁屏蔽等降低杂散损耗的措施,以及多种屏蔽形式对漏磁场及结构件涡流损耗的影响。结果表明对电力变压器油箱、夹件等结构件采取合理的磁屏蔽措施能够有效地降低杂散损耗并消除热点,不同屏蔽形式对其周围结构件涡流损耗及漏磁场具有不同影响。     

功率变流器磁场耦合抑制及电容器ESL抵消技术

从原理上对屏蔽、改变布局、利用PCB线圈和立体线圈等磁场耦合的抑制方法进行了分析,给出了设计原则,并通过实验验证了其有效性.在消除磁场耦合的基础上,通过理论分析,进一步利用多个线圈之间的磁耦合,抵消电容器的ESL.实验证明,该方法大大提高了电容器的高频特性.     

高压自耦变压器肺叶磁屏蔽特性的数值计算与分析

针对一种新型的器身磁屏蔽——肺叶磁屏蔽自身以及其在变压器中的设计问题,以一台容量为334MV?A、带有肺叶磁屏蔽的单相自耦变压器为研究对象,首先应用三维频域非线性有限元法分析了肺叶磁屏蔽对变压器结构件、绕组区域漏磁场以及杂散损耗的影响;然后,以漏磁场分析以及杂散损耗计算为手段,以变压器油箱、夹件、拉板、油箱屏蔽以及肺叶磁屏蔽的磁感应强度(或损耗密度)作为观测目标,研究肺叶磁屏蔽安装位置以及尺寸对变压器漏磁场的影响,并通过负载损耗试验将有限元计算所得结果与实验值进行对比,验证分析的有效性;最后,针对肺叶磁屏蔽自身可能出现的局部过热问题,设计三种不同的肺叶磁屏蔽油路结构,基于有限体积法对比分析不同油路结构下肺叶磁屏蔽的油流、温升特性。对肺叶磁屏蔽特性的系统分析可为其设计以及其在变压器中的设计提供指导,具有重要工程意义。     

基于目标场法的磁共振成像小尺寸射频线圈设计

为得到分辨率较高的实蝇磁共振图像(MRI),将目标场法引入小尺寸射频(RF)线圈设计,设计了一种磁场均匀性较好、适合实蝇磁共振成像的小尺寸圆柱体射频线圈。首先采用目标场法求出线圈表面的电流密度分布,利用流函数将电流密度离散为Fourier级数;然后基于Tikhonov正则化的方法,引入最小曲率惩罚函数和最小化电流密度的散度惩罚函数,解决了积分方程的高度病态问题,获得了线圈的绕线形状和感兴趣区域(ROI)内的磁场强度。结果表明,2种惩罚函数对应的惩罚因子λ1和λ2均会对线圈的绕线形状和磁场分布均匀性造成影响;对于不同尺寸的线圈,其合适的λ1和λ2的取值不同。因此,选取λ1和λ2时应综合考虑线圈绕线结构和磁场分布均匀性的要求。     

室内并联补偿电容器组不宜串联空心限流电抗器

针对现场出现电抗器杂散磁场而使周围护栏发热的实际问题,分析并通过小型试验证明空心电抗器不可能通过调整线圈绕向消除(或减弱)竖直叠装时的“杂散磁场”,提出了以后设计室内并联电容器组串联限流电抗器时,不宜应用空心电抗器,而仍以采用油浸式铁心电抗器较好的观点。     

室内并联补偿电容器组不宜串联空心限流电抗器

针对现场出现电抗器杂散磁场而使周围护栏发热的实际问题,分析并通过小型试验证明空心电抗器不可能通过调整线圈绕向消除(或减弱)竖直叠装时的“杂散磁场”,提出了以后设计室内并联电容器组串联限流电抗器时,不宜应用空心电抗器,而仍以采用油浸式铁心电抗器较好的观点。     

超导核磁共振成像主磁体无源数值匀场技术的研究

本文提出了超导核磁共振成像主磁体无源数值匀场的概念,发展了一种优化无源数值匀场方法。将优化无源数值匀场方法应用于中国科健有限公司研制的国产第一台超导核磁共振成像主磁体,其结果令人满意。     

基于毕奥-萨伐尔定律的永磁球形电动机定子线圈磁场分布研究

永磁球形电动机定子绕组采用集中式绕制方式,分层均匀镶嵌在定子球壳内壁。为得到永磁球形电动机单个定子线圈在三维空间中的磁场分布,建立球形电动机全局坐标系与定子线圈局部坐标系之间的映射关系,然后运用毕奥-萨伐尔定律对定子线圈产生的磁场进行求解分析。在对磁场解析表达式求解过程中借鉴“割圆法”思想,得到了磁场的数值解表达式,给出了单个定子线圈在三维空间中的磁场分布,并通过有限元方法验证了所提方法的有效性。     

塑料粘结磁体磁场注射成型机的设计与制造

注射成型塑料粘结磁体与模压成型粘结磁体相比有更多的优点。磁场注射成型机是制造塑料粘结磁体的关键设备。     

外磁场对罗氏线圈的影响分析及验证方法

针对实际电流互感器工作环境,不存在均匀的外界磁场,提出一种分析外界非均匀磁场对罗氏线圈的干扰的新方法.根据相邻电力线在线圈远近两侧产生的感应磁场方向,将其分成两部分,分别分析,并求出产生总的感应电动势恒为零.从而得出在罗氏线圈截面积和匝数密度均匀的条件下,非均匀磁场不会对罗氏线圈产生干扰.针对于干扰情况文中提出两种改进...     

基于正交设计的杯状纵磁真空灭弧室磁场特性分析

采用正交设计方法对杯状纵磁触头的杯厚、杯指数等7个触头设计参数进行实验设计，用三维有限元方法对实验方案进行磁场特性分析，其中磁场特性包括纵向磁感应强度、纵向磁场滞后时间以及导体电阻值。通过对实验结果进行方差分析，得出了触头设计参数对磁场特性影响程度的定量关系，由此找出影响杯状纵磁触头磁场特性的显著因素与非显著因素。对显著因素和实验结果进行回归分析，得出杯状纵磁触头磁场特性与显著因素关系的回归方程。采用正交设计方法，大大减少计算次数，提高计算质量。得到的结果可以为真空灭弧室的研究和设计提供参考。     

三维正交线圈磁通信信道稳定性分析

针对无线磁感应通信系统中因接收端线圈姿态变化而导致通信不稳定的问题,提出接收端采用三个相互正交的线圈的方法,以弥补单个线圈通信波动性较大的缺点。首先建立了单个线圈和全向线圈的数学模型,对磁场大小和接收端感应电压进行规律分析,最后通过仿真和试验验证了接收线圈为三维正交线圈的方法可行性。仿真和试验结果表明,三维正交线圈作为接收线圈可以有效提高无线磁感应通信系统中的感应电压值,并提升通信信道稳定性,波动性减小了95%。     

A FAST THYRISTOR-CONTROLLED AC VOLTAGE REGULATOR

ABSTRACT

In this paper, a fast a.c. voltage regulator using thyristor controlled coupled circuits is presented. The load voltage can be stabilized against supply voltage variation above and below the desired level. Boosting or bucking effect is performed in steps but with no distortion or phase-shift in the load voltage. Fine adjustment of load voltage is possible using phase-control in a narrow range (in between the steps). A three limb magnetic circuit is used such that flux of the boosting (or bucking) coil is varied in accordance with the action of a switched secondary circuit. Accordingly voltage current transients in the load circuit are avoided.

Commutation from the outgoing to the incoming thyristor is natural. Selection of the thyristor gating is effected by an electronic circuit which acts within a halfcycle if the supply votlage is varied. Theoretical and experimental investigations are reported and performance of the test model is computed and compared with the test results.     

磁谐振无线电能传输系统线圈设计综述

线圈是无线输电系统中实现电磁耦合谐振的核心部件,具有高品质因数和均匀磁场的线圈是无线电能传输系统获得高传输效率和稳定输出的重要保证。基于磁谐振无线电能传输系统的基本结构和工作原理,总结了磁谐振无线输电系统中线圈的主要设计方法。首先介绍了常用的线圈类型和线圈尺寸的优化选择;然后对比了不同的线圈电感计算公式的适用范围;最后论述了线圈内阻、匝间距等参数对磁谐振无线输电系统传输效率和输出功率的影响。此工作对磁谐振无线电能传输系统的线圈优化设计有一定的指导意义。     

空心线圈电流互感器性能分析

空心线圈电流互感器的原理、结构及输出信号等与传统的电磁式电流互感器有很大不同，其性能易受外界磁场及环境温度等因素的影响。该文对影响空心线圈电流互感器性能的磁场及温度等干扰因素进行详细分析，在理论分析的基础上提出相应的改进措施，并研制了一台220kVGIS用空心线圈电流互感器，给出了实验结果。实验表明，改进后的空心线圈电流互感器受环境温度及外界磁场的影响很小，且具有较好的频率特性和暂态特性，互感器满足0．2级精度要求。