海洋环境下非接触式电能传输系统的优化设计.pdf

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1、112传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2011年第30卷第l2期海洋环境下非接触式电能传输系统的优化设计陆晴云，李德骏，李泽松，周杰，林麟，陈鹰(浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室，浙江杭州310027)摘要：对应用于海洋环境中的非接触式电能传输系统进行原理模型、仿真模型与实验模型的搭建。通过理论计算与电路仿真测试，分别对系统的谐振频率等参数进行分析。对密封封装后的系统进行实验测量，验证了模型的正确性。上述方法优化了系统的设计，避免了复杂的实验探测

2、过程。该系统可以连接120V直流电源，传输400W左右电能，传输效率达到90％，可应用于海底观测网中深海机电设备的安全供电。关键词：海洋；非接触式电能传输；电路仿真；谐振频率中图分类号：TM724文献标识码：B文章编号：1000-9787(2011)12-0112-04Optimizationdesign0facontactlesspowertransmissionsyst·em[norOCeanaOOli■caU·■onLUQing—yun，LIDe-jun，LIZe—song，ZHOUJie，LINLin，

3、CHENYing(StateKeyLabofFluidPowerandMechatronicSystems，Zh~iangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：Acontactlesspowertransmission(CLPT)systemforoceanapplicationisinvestigatedbyitsmodelsofprinciple，simulation，andexperiment．Theresonancefrequencyofthissystemi

4、sanalyzedbothbytheoreticalcalculationandcircuitsimulation．Themodelsarevalidatedbyexperimenttestaftersealingencapsulation．ThemethodcansimplifythedesignprocessofCLPTsystem，whichcanbeconnectedto120VDCelectricpowerandtransmitpowerupto400W，transmissionefficiencyr

5、each90％．Thissystemcanbeusedtosupplypowertotheoceanmeehatronicequipmentsmoresafely．Keywords：ocean；contactlesspowertransmission；circuitsimulition；resonancefrequency0引言动，因此，可以有效适应恶劣的工作环境，非常适合海洋环进入21世纪后，海底观测技术正在迅速发展起来，各境下的应用。个国家之间对于海洋资源的争夺也日趋激烈，通过光电复1水下非接触式电能传输系

6、统合缆进行电能传输的海底观测网正成为研究的热点。美国水下非接触式电能传输系统利用电磁感应原理，以的“NEPTUNE”计划，欧洲的“ESONET”计划，日本的“ARE—“电一磁一电”的方式实现初次级之间的电能传输。如图1NA”计划就是典型的代表。所示，电源端的直流电经过逆变电路转变成高频交流电，作海底观测系统中海洋机电设备的安全供电是系统设计为耦合器初级线圈的输入，初级线圈输出交变的磁通将磁的关键要点。传统输电方式是通过湿插拔水密接插件连接能耦合至次级线圈，次级线圈将磁能转变回高频交流电，经电源与负载。湿插拔水密

7、接插件通过挤压的方式挤出插座过整流与滤波之后，传输给负载使用。由于存在间隙的和插针中的水分从而实现不漏电的水下电气连接，然而其耦合器会有较大的漏磁通，减小了传输效率，因此，在耦合在深海环境的应用中暴露出了操作复杂、价格昂贵、使用寿器初级线圈和耦合器次级线圈两侧还需要添加补偿电路来命短、安全隐患大等种种缺点。针对传统输电方式出现的提高传输效率。问题，本文设计了一种水下非接触式电能传输系统。该系为了保证系统在海洋环境下的lIF常使用，还需要将仞统利用电磁耦合的原理在电源与负载之间进行电能传输，级电路与次级电路分别用

8、耐高压耐腐蚀的密封容器进行完不需要任何直接的电气连接，甚至允许它们间存在相对运整封装。这样就保证了初级电路与次级电路没有直接的物收稿日期：2011_o3-29$基金项目：国家“863”计划资助项目(2007AA091201)；教育部博士点新教师基金资助项目(20090101120022)；浙江省自然科学基金资助项目(Y5090117)第12期陆晴云，等：海洋环境下非接触式电能传输系统的