非接触供电系统的效率研究

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1、非接触供电系统的效率研究非接触供电系统的效率研究徐月庆摘要：在研制旋转导向钻井工具时需要进行非接触供电系统的研究，而这一系统研究的关键技术就是如何提高非接触传递的效率，这将影响到整个系统的造斜率以及下部电路及控制系统的供电，本文对影响非接触供电效率传递的影响因素进行了详细的研究。关键词：非接触供电　铁芯　线圈　非晶合金前言损耗与效率对于磁感应供电系统来说，功率损耗不仅在线圈的电阻上，也产生在交变电流磁化下的铁芯中。通常把铁芯中的功率损耗叫“铁损”，把线圈上的功率损耗叫做“铜损”。铁损由两个原因造成，一个是“磁滞损耗”，一个是“涡流损耗”。磁滞损耗是铁芯在磁化过程中，由于存在磁滞现象而产生的铁损

2、，这种损耗的大小与材料的磁滞回线所包围的面积大小成正比。磁感应系统的铜损分为两部分：原绕组的铜损和副绕组的铜损。在一个给定的磁感应系统中，铜损仅与负载有关，在这里我们重点研究铁损与效率的关系。铁损的原因铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起能量损耗。为使铁心磁化，必须供给能量。当铁心材料磁化时，它的磁通密度B与磁场强度之间呈现磁滞回线关系。经一个循环，铁心每单位体积所得到的能量为式中积分是环绕磁滞回线进行的。上式表明，每单位体积的铁心经一循环，铁心中的磁滞损耗等于磁滞回线的面积,这一能量转化为热能。如果B的单位为特（斯拉），H的单位为安／米，则能量以焦(耳)/米3表示。C.P.施泰因梅茨曾找到表示

3、磁滞损耗的经验公式，按照此式，每单位体积每周的磁滞损耗Hz。为减小涡流损耗和交变磁场下的有效磁导率，一般使用0.05-0.20mm的薄带。铁氧体：电阻率高、频率范围广，适用于小功率开关电源。Mn-Zn铁氧体分为三类基本材料：电信用基本材料、宽带及EMI材料、功率型材料。电信用铁氧体的磁导率从750～2300,具有低损耗因子。高品质因素Q.稳定的磁导率随温度/时间关系，是磁导率在工作中下降最慢的一种，约每10年下降3%～4%。广泛应用于高Q滤波器。调谐滤波器。负载线圈。阻抗匹配变压器。接近传感器。宽带铁氧体也就是常说的高导磁率铁氧体，磁导率分别有5000、10000、15000。其特性为具有低损

4、耗因子。高磁导率。高阻抗/频率特性。广泛应用于共模滤波器。饱和电感。电流互感器。漏电保护器。绝缘变压器。信号及脉冲变压器，在宽带变压器和EMI上多用。功率铁氧体具有高的饱和磁感应强度，为4000～5000Gs。另外具有低损耗/频率关系和低损耗/温度关系。也就是说，随频率增大。损耗上升不大；随温度提高。损耗变化不大。广泛应用于功率扼流圈、并列式滤波器、开关电源变压器、开关电源电感、功率因素校正电路。坡莫合金：镍含量在30~90%范围内。是应用非常广泛的软磁合金。通过适当的工艺，可以有效地控制磁性能，比如初始磁导率、最大磁导率、低到2‰奥斯特的矫顽力。接近1或接近0的矩形系数，具有面心立方晶体结构

5、的坡莫合金具有很好的塑性，可以加工成1μm的超薄带及各种使用形态。常用的合金有1J50、1J79、1J85等。1J50的饱和磁感应强度比硅钢稍低一些，但磁导率比硅钢高几十倍，铁损也比硅钢低2~3倍。做成较高频率(400~8000Hz)的变压器，空载电流小，适合制作100),高磁感下的高频损耗低（P0.5T／20kHz＝30，比坡莫合金(50-60μΩ/cm)高,经纵向或横向磁场处理，可得到高Br(0.9)或低Br值(1000Gs)。是目前市场上综合性能最好的材料；适用频率范围：50Hz-100kHz，最佳频率范围：20kHz-50kHz从表一可以看出，与传统材料的比较，冷轧硅钢的饱和磁感高，但

6、由于其有效磁导率低，高频损耗大，使用频率达不到kHz频段，即使使用极薄硅钢仍达不到铁基非晶的损耗水平；铁氧体材料的价格低廉，但由于其居里温度低，在100℃以上时的饱和磁感已经很低，因此其使用温度受到限制，再者，其饱和磁感低于0.5T，制造大功率磁芯时需要较大的体积。至于坡莫合金，尽管其磁性能好，可与非晶纳米晶材料相媲美，但由于它含有50％以上的镍，成本高，加工工艺复杂，获得用于高频环境下的极薄带的价格昂贵，两者的性价比是不可比的．总体来说，非晶合金具有如下优势：（1）不存在时效稳定性问题，纳米晶合金在200℃以下，钴基非晶合金在100℃以下，经过长期使用，性能无显著变化；（2）温度稳定性比软磁

7、铁氧体好，在－55℃至150℃范围内，磁性能变化5％～10％，而且可逆；（3）耐冲击振动，随电源整机在30g下的振动试验中，均未发生过性能恶化问题；（4）铁基非晶合金脆性大大改善，带材平整度良好，可以剪切加工，也可以制成搭接式卷绕磁芯，经过5次弯折或拆卸，性能无显著变化。注：铁损的表示方法：如P1/50表示频率为50Hz,磁通密度为1.0T的铁损。表一软磁材料磁性能对比本项目铁芯要求铜损小，绕组少