海底观测网岸基控制运行与数据管理系统

针对"在我国南海海域构建一个海底观测网试验系统,使之成为我国深海海底观测技术的试验基地,使我国初步具备构建海底观测网的技术能力,为进一步开展海底观测网的建设提供支撑"的项目研究目标,该课题的主要研究内容包括:开发岸基运行管理系统,实现对各接驳与传感设备系统运行状态的监视与控制;集成岸基高压电源及备用不间断电源系统,设计开发实施监控与管理系统;建立GPS天秒对时服务器及其管理系统,实现水下设备的时间同步管理;建立基站远程监控与实时维护与管理系统,实现无人值守时的监控与管理;建立基站应急响应系统;设计并建立海底网观测控制与数据处理中心;实现海底观测试验网多类型、多学科、多源数据的有效获取和分类存储,以及可控分发、可视化展示和监测;开发海底观测网通用管理软件系统;建立数据服务系统平台,形成可根据不同用户的需求逐步扩充的集成服务支撑体系;建立海底观测试验网专用网站,采用可视化与多媒体技术发布、演示海底观测试验网数据结果,满足不同用户需求,特别是针对社会公众的宣传和科普教育需求。课题研究目标:基于国际海底网络通用标准和协议,开发建设岸基运行控制系统、岸基运行保障系统,实现岸基服务器与水下接驳设备、水下监测设备的双向信息传输控制与管理;实现南海试验网的高压电能的持续、可靠供给;实现对水下设备监控、同步和对时。同时,完成海底观测试验网数据管理系统、海底观测试验网信息服务系统,实现海底观测试验网海量数据的实时收集、存储、融合,甄别、处理、发布、查询与显示;建立海底观测试验网专用网站,为海底环境的在线可视化监测与观测结果展示提供途径。通过岸基控制运行与数据管理系统的建立,将使研究人员可以在线了解海底观测网试验系统和海底观测仪器设备的运行状态,对整个系统进行远程监控、实时维护和应急响应;获得长期、连续的海底观测资料,实时了解海底动力环境、地球物理环境和深海化学环境信息。该课题对实现项目目标至关重要,并对海洋科学研究、海洋环境保护、以及海底资源勘探与开发等相关领域的工作具有重要意义和深远影响。     

基于E类功率放大器的非接触感应耦合电能传输系统

为了提高非接触感应耦合电能传输系统的可靠性,提出了一种基于E类功率放大器的拓扑结构.将发射线圈和接收线圈的耦合电感进行等效变换,把发射线圈的漏感作为E类功率放大器谐振单元,把励磁电感作为折算后负载电阻的匹配电感.在电能非接触传输的同时实现了阻抗变换,把等效负载电阻限制在一定的范围内.提出的拓扑结构简单,无需额外的补偿网络.并且负载电阻变化时,均能满足E类功率放大器的零电压软开关条件.仿真和实验结果验证了新拓扑结构电路的可行性.     

缆系海底观测网电力系统结构与拓扑可靠性

缆系海底观测网可持续提供充裕电能和通信带宽给大量海底科学仪器.基于可靠性和经济性的原则,分析得观测网电力系统适合采用负高压单极直流输电、以海水作为电流回路、海底负载并联供电和级联式高频直流变换的总体方案,并以此为基础设计了观测网的物理架构.根据观测网的特点,总结了海底电力系统适合采用的几类典型拓扑,并以水下基站平均供电可靠度为可靠性指标,计算并比较了这些典型拓扑的可靠性,可为观测网的拓扑规划提供依据.进一步设计了海底电力系统的运行模式,以提高观测网的容错能力.研究结果可为国家未来建设大规模观测网提供参考.     

一种复杂环境下的磁耦合无线传输系统设计

针对无线数据传输系统中信号在复杂环境下(主要是非磁导性障碍物)传输距离短、传输效率低等问题,提出了一种线圈互感磁耦合共振模型,在此模型的基础上设计了一种基于磁耦合的无线传输系统。通过分析传输距离和传输效率与线圈参数之间的关系,并经过实验仿真和实验电路验证,该种方法可以保证信号具有较好的传输效率,确保了信号在传输中的正确性及有效性,是今后磁耦合无线传输设计中一种值得深入研究的方法。     

无网受流列车涡流热效应研究

非接触电能传输系统中的无网受流列车将受到耦合机构的电磁能量交换的影响,譬如车身、底盘、轨道等金属结构在高频电磁场中会感应出涡流产生热损耗并带来安全隐患.以设计有非接触式供电系统的100%低地板有轨电车为研究对象,先确定耦合结构使用的线圈形状,并基于该耦合结构搭建了简化的整车仿真模型.利用ANSYS软件对列车模型中的车厢、转向架、钢轨等主要部分进行涡流场、温度场仿真分析,得到了列车各部分的具体发热情况.研究结果表明：非接触电能传输系统所构建的高频电磁场将在车体中感应出涡流导致列车部件发热,但所造成的温升对列车的正常运行并无干扰.     

磁耦合谐振式无线电能传输系统中锥形谐振线圈结构优化

在磁耦合谐振式无线电能传输系统中,谐振线圈结构是影响电能传输效率的关键因素.针对锥形谐振线圈结构,基于电路理论,推导了电能传输效率与电路参数的关系表达式;采用数值计算方法,对比研究了锥形谐振线圈与螺旋谐振线圈的电能传输效率.结果表明,轴向间距在一定范围内,锥形谐振线圈电能传输效率更高;进一步研究了锥形谐振线圈结构参数与电能传输效率的关系,提出谐振线圈结构优化方案;实验结果证明,与螺旋谐振线圈比较,锥形谐振线圈的电能传输效率更高.     

非接触电能传输系统拾取机构方向性分析

在分析了现有非接触电能传输系统中发射端与拾取端之间位置关系问题的基础上,提出了一种可以任意转动的非接触电能传输拾取机构,对比研究了2种正交绕制的三线圈连接模式.通过分析及数学推导,得到了在三维空间中改变拾取线圈的转动角度时,瞬时感应电势计算关系以及输出电压系数的分布区间及均匀性,并通过实验验证了计算结果.     

采用无线技术的供电系统设计

无线供电是一种既方便又安全的供电应用新技术,它无需任何物理上的连接,就可以将电能近距离无接触地传输给用电器。更重要的是,无线供电可以透过非金属物质进行传输,非常的方便。现在最主要的无线供电方案有：电磁波方案;磁耦合方案;非辐射性谐振磁耦合方案。鉴于简单、易行,及可操作性。本文的无线供电依据的主要是电磁感应原理,文中设计了一种简易的无线供电系统,只要发射线圈和接收线圈之间的距离在27cm以内,就可以稳定的输出5V直流电压,整个系统的传输效率约为38.7%。     

导轨式非接触电能传输系统功率和效率的分析与优化

针对常用的导轨式非接触电能传输(CPT)系统传输功率和效率的优化问题,基于阻抗特性,提出了一种计算导轨式CPT系统传输功率和效率的新方法.通过分析得出了系统传输功率与磁芯等效磁阻、系统工作频率以及与原边导轨和副边线圈匝数等因素之间的关系.同时根据实际系统的传输功率要求,给出了导轨式CPT系统的一种优化设计方法,该方法通过优化系统输入电压和原、副边线圈匝数等参数,实现功率传输的优化控制,并最大限度地提高系统的效率.最后,通过实验验证了理论分析的正确性.     

非接触无源压力传感器信号检测系统的耦合特性研究

非接触无源压力传感器信号检测系统利用电磁耦合原理实现了无源传感器信号的无线检测,克服了有线测量存在的安全性差、效率低等缺点。通过建立和分析该系统的互感模型,得知发射和接收线圈之间的互感系数是影响信号传输效率的主要因素,为了实现系统的高效信号传输,应尽量提高互感系数。利用互感理论研究了两线圈的形状参数及耦合距离对两平行共轴矩形平面螺旋电感线圈的互感系数的影响,并用MATLAB软件进行了仿真分析。研究结果表明,为了使两线圈的耦合性能最好,两线圈的设计参数应相同,设计时应尽量使两线圈距离接近的同时,增大线圈的外边长和匝数。     

电梯轿厢无随行电缆非接触供电系统设计

电梯轿厢随行电缆有碍美观且需要定期维护,为了摆脱对随行电缆的依赖,设计了一种新颖的电梯轿厢无随行电缆非接触供电系统,采用高频松耦合变压器实现电能的非接触传输.电梯轿厢升降运动时利用蓄电池的储能供电,非接触供电系统处于关闭状态;在每个楼层平层静止时,系统收到电梯平层信号,系统启动供电并对蓄电池充电.这种供电方式可以提高供电效率,减少高频电磁污染.分析了松耦合变压器的等效电路模型,研究了工作气隙、工作频率、补偿电容等对供电效率的影响.根据系统要求设计了简单高效的大功率开关电源充电器,稳压效果好,可靠性高.     

磁耦合谐振式无线电能传输距离特性

通过设计磁耦合谐振式无线电能传输试验装置,研究了谐振线圈参数的改变对传输距离的影响。研究结果表明:当谐振线圈的线径以及材质固定时,线圈半径越大,系统电能传输距离越远;当谐振线圈的半径以及材质固定时,线圈线径越大,系统电能传输距离越远;当谐振线圈的半径以及线径固定时,线圈的电导率越大,系统电能传输距离越远;当谐振线圈的所有参数固定时,系统谐振频率越大,电能传输距离越远。     

无线充电系统线圈参数优化与偏移特性研究

电动汽车无线充电系统可以实现电能从电网到动力电池的无线传输,无需人工操作,安全可靠,易于实现充电智能化。无线充电过程中,耦合线圈结构参数对于线圈互感值有很大影响,从而影响系统的充电功率和能量传输效率。文章旨在设计并优化无线充电系统线圈结构,以获得合适的充电功率,同时提高充电效率。首先,提出一种基于神经网络和遗传算法相结合的耦合线圈结构参数优化方法,得到最优的线圈和铁氧体参数组合;然后,基于电磁场理论,利用有限元软件分析收发端线圈之间的水平和垂直偏移对线圈自感、互感的影响,研究无线充电系统耦合线圈的偏移特性;最后,搭建了无线充电系统Simulink仿真模型及实验样机进行仿真和实验验证。结果表明,该无线充电系统DC/DC效率高达94.29%,并具有较好的抗偏移特性。     

旋转导向推靠控制系统研发及实验

为了研制推靠式旋转导向工具,研发了一套推靠控制系统。该系统由单总线电路、非接触单元、测量单元、液压单元和主控电路五部分组成,能通过单总线接收电能并与井下中控双向通信,基于电磁感应原理实现旋转部分与非旋转部分之间的非接触电能传输与信号传输,按照地面系统下传的指令利用力矢量分解原理计算三个翼肋油缸液压力大小,使用压力传感器测量翼肋油缸中的实际液压力并对液压力进行闭环控制。对研制的推靠控制系统进行了初步实验,验证了该系统的电能信号传输功能、推靠控制功能、耐高温及抗振性能等。研制的推靠控制系统达到设计目的,满足进一步实验的需求。     

宽频磁耦合谐振式无线电能传输系统谐振器设计

为提高谐振式无线电能传输系统的工作频率范围并定量化设计谐振器的参数,首先根据谐振式无线电能传输原理,建立电路模型方程,研究了系统传输特性与谐振器线圈参数之间的关系,在指定谐振频率、传输距离、负载和接收功率情况下,实现线圈半径及匝数等参数的选取方法.同时在谐振器参数给定情况下,仿真分析了负载功率、发射线圈电流、传输效率等传输特性随传输距离的变化特性.最终,结合所设计研制的宽频磁耦合谐振式无线电能传输系统,通过试验对理论推导和仿真计算进行了进一步验证,试验结果与理论分析和仿真结果相吻合.      

新型无接触感应耦合电能传输技术研究综述

阐述了无接触感应耦合电能传输技术的工作原理,给出了感应耦合电能传输技术的基本定义.对松耦合变压器的典型物理结构进行了分析与比较,对无接触感应耦合电能传输系统主电路拓扑结构进行了深入研究,得出了系统在不同结构下的等效电路,推导了不同漏感补偿拓扑下的补偿参数.分析了无接触感应耦合电能传输系统中高频逆变器结构及性能,并对系统的功率传输及控制情况进行了分析.结合目前无接触感应耦合电能传输技术的研究现状与不足,探讨了无接触感应耦合电能传输技术的发展趋势与研究方向.     

电场耦合式水下无线电能传输系统的耦合机构

基于电场耦合原理对水下无线电能传输系统进行建模分析,并简述其基本工作原理。对水下无线电能传输系统的关键部分耦合机构进行重点研究,包括水下耦合机构等效电容值的计算、电场分布情况、传输距离对其影响及功率损耗分析,并与空气中耦合机构进行对比。得出结论如下:(a)水下耦合机构的等效电容值比在空气环境中大,并且不受传输距离的影响;(b)增大工作频率和接收端负载,可以减小耦合机构的损耗。设计水下电场耦合无线电能传输实验系统,验证了上述结论。     

磁单极特性线圈绕组在非接触式能量传递中的应用

为解决目前非接触能量传递系统在中距离传输中功率效能较低的问题,根据Halbach永磁阵列可以获得磁单极特性的原理,提出在不使用磁性材料的情况下,通过排布径向与切向载流线圈可获得等效磁单极磁场,并将其应用于非接触能量传输领域。通过对该电磁场的仿真分析和计算,发现这种排列线圈结构可以增加耦合面的磁场强度,并在一定程度上减少磁场中的谐波成分,可在非接触能量传输时提高磁利用率、减小无功损耗、提高传输功率。通过试验验证了其可行性。     

电梯轿厢无接触式电能传输装置的研制

研制的电梯轿厢无接触式电能传输装置采用磁耦合原理实现电能的无接触传输,可避免传统供电方式中轿厢的随行电缆疲劳破损的弊病.按楼层电站式的无接触取电方案,确保了无接触能源传输系统的绿色和环保,可避免高频导轨磁场裸露所引起的污染和隐患.静止式盘型可分离变压器的原、副边线圈串联了谐振电容以消除其漏感,使得在谐振频率点附近保持了较高的电压增益和功率传输能力.馈电部件和受电部件中均引入了闭环控制策略,使部件工作在最佳状态.在装置的传输功率超过300 W、无接触距离10～15mm的情况下,其传输效率达到了84％.     

基于FSK的LCLP型ICPT系统信号传输方法研究

针对传统感应耦合电能传输(Inductive CouplingPower Transfer, ICPT)系统存在的开关管损耗较大和变换器工作时产生电压或电流谐波等问题,基于LCLP型谐振拓扑结构,提出了一种以ICPT系统作为主电路的电能与频移键控调制(FSK)信号同步传输方法.通过LCLP型ICPT系统原理分析和信号调制解调策略研究建立了电能与信号同步传输数学模型;以电能传输能力最大化为前提分析计算了系统参数,搭建了仿真模型,进行验证分析.仿真结果表明,非噪声环境下的误码率为零;噪声环境下,信噪比(Signal Noise Ratio, SNR)-4时,误码率随SNR的增大而减小,直至SNR≥-4时,误码率为零.在信号传输电路引入前后,谐振输出电压幅值基本不变,BODE图曲线变化趋势以及衰减值不变,负载处谐波畸变率降为13.24%.系统在保证低误码率信号传输的同时没有对电能传输造成明显影响.