托卡马克垂直场线圈磁场及电感系数的计算

使用椭圆函数积分的方法,建立了托卡马克垂直场线圈系统产生的磁场及电感系数计算的理论模型;使用Fortran语言编制了计算机代码,以ASDEX-U托卡马克垂直场线圈参数为例,计算了磁场分布和线圈系统的电感系数。     

低频强磁场发生线圈电感系数的计算与测试

针对低频强磁场模拟试验设备中的磁场发生线圈为一大型疏绕螺线圈组,其电感系数难以利用现有公式计算的实际问题,采用理论公式计算该螺线圈组的自感,采用ANSYS有限元仿真计算其有效电感系数(包括自感和互感)。同时,将数值计算结果与实体螺线圈有效电感的测试数据进行了对比分析。研究结果已应用于低频强磁场模拟试验室磁场发生线圈的设计和其电阻、电器、电容脉冲电流激励电路参数的确定。     

导电线圈磁场计算理论及方法研究

由于很多地方都采用导电线圈产生磁场，为便于磁场分布状态的计算及线圈的设计，文章给出了圆形线圈垂直偏心线上磁场、载流的半圆形线圈在点P处磁场、左半圆线圈P点磁场以及直线段载流体在P点磁场分布状态下的计算方法及其理论．     

单匝线圈电感的计算

计算了单匝线圈的磁场与电感,得到的结论为：磁感应强度随着距线圈中心距离的增加而增大,线圈电感与线圈半径成正比     

三相螺旋管线圈的磁场和参数

本文详细地计算了圆环形三相电流线圈的磁场分布，推导出线圈的自感、互感和等效电感的计算公式，对线圈尺寸及线圈间尺寸对电感的影响进行了分析讨论，得出一些对工程实践有用的计算公式和一些建设性意见。     

基于磁场分割法的IPT系统耦合线圈电感计算

采用理论分析与有限元仿真相结合的方法,建立了计及铁氧体影响的平面矩形线圈精确磁路模型,并推导出电感解析表达式.首先,在对线圈结构和磁场分布进行分析的基础上,建立平面矩形线圈的精确磁路模型;然后,从自感和互感的定义出发,结合磁路模型得到线圈电感的表达式,进而利用磁场分割法将不规则磁场分割和近似为具有规则几何形状的磁通管,通过有限元仿真和数值拟合计算各磁通管的磁阻,求得自感和互感的计算公式;最后,通过实验测量与分析,总结线圈电感的变化趋势,并验证了所建立计算公式的准确性.该方法可为感应电能传输系统的设计和控制提供指导.     

大型水轮发电机铁芯磁阻对单个线圈电感计算的影响

针对大型发电机铁芯磁阻对线圈电感计算的影响较难定量分析的问题,分别采用磁路法和磁场法计算了大型水轮发电机单个线圈的电感参数。对两种方法计算结果的比较表明,磁路法根据基波主磁路对铁芯磁阻的近似折算对单个线圈的电感计算产生一定误差。尤其对于大型发电机,因其极数多,槽数多,不同磁路中铁芯磁位降的差异较大,如果铁芯还存在饱和现象,铁芯磁阻的影响将会更大。这时要准确计算电感参数,最好采用磁场分析法,这能更加准确地考虑发电机定、转子铁芯磁阻及饱和的影响。     

EAST零场区优化及可视化

由于EAST全超导托卡马克采用极向场系统一体化的设计,只能通过极向场线圈电流的调节来实现零场区的优化,因此快速的计算并显示线圈电流变化对零场区的影响就显得尤其重要;文章采用在VC6.0环境下编程对数据进行预处理,然后通过调用IDL接口计算真空室各格点处的场强,并作出分布图;实现了零场区优化的可视化,为放电实验提供了很好的参考。     

脉冲磁场测量系统的研制和标定

为了评估雷击建筑物或其附近室内的脉冲磁场水平,研制了一套由自制磁场探测线圈与光纤传输系统集成的脉冲磁场测量系统.光纤传输系统的灵敏度系数通过正弦波发生器进行标定.8/20μs冲击电流发生器输出端连接直径为0.3 m的单匝线圈组成磁场发生器,磁场探测线圈通过固定在单匝线圈的中心进行标定.试验结果表明,该系统能够有效地测量脉冲磁场,磁场探测线圈的B/U标定系数误差小于3%.     

大型水轮发电机铁芯磁阻对单个线圈电感计算的影响

针对大型发电机铁芯磁阻对线圈电感计算的影响较难定量分析的问题,分别采用磁路法和磁场法计算大型水轮发电机单个线圈的电感参数。对2种方法计算结果的比较表明:磁路法根据基波主磁路对铁芯磁阻的近似折算对单个线圈的电感计算产生一定误差。尤其对于大型发电机,因其极数多,槽数多,不同磁路中铁芯磁位降的差异较大,如果铁芯还存在饱和现象,铁芯磁阻的影响将会更大。这时要准确计算电感参数,最好采用磁场分析法,这能更加准确地考虑发电机定、转子铁芯磁阻及饱和的影响。     

电动汽车无线充电系统耦合线圈的优化设计

为了提高电动汽车无线充电系统磁耦合机构的耦合系数，在分析耦合线圈参数对串联补偿网络影响的基础上，采用电磁仿真分析法，对单圆形磁耦合线圈传输距离、内外经尺寸、绕线方式对自感系数、耦合系数的影响进行了研究。结果表明：磁耦合线圈自感系数的稳定性受其外径和传输距离之比影响，磁耦合线圈外径与传输距离之比越小，磁耦合线圈自感系数越稳定；当传输距离和磁耦合线圈外径确定时，磁耦合线圈内外径之比越小，耦合线圈的耦合系数越高；当两个磁耦合线圈传输距离、外径尺寸、互感系数相同时，不同绕线方式的线圈，其耦合系数也不相同，其中匝间距等增绕线方式的线圈可以获得较高的耦合系数。     

电动汽车无线充电系统参数对耦合影响的研究

为提高电动汽车无线充电系统耦合能力以增强系统的传输效率, 总结了现有的无线电能传输(WPT: Wireless Power Transmission)方式, 分析了基于磁感应耦合电能传输(ICPT: Inductive Coupled Power Transfer)技 术的电动汽车无线充电系统的工作原理, 建立了带有磁芯的 ICPT 系统互感计算模型, 对系统互感与磁芯属性、 线圈属性、 轴偏移距离的关系以及不同结构松耦合变压器的磁屏蔽效果进行了仿真分析。 结果表明, 磁芯属性 对系统互感的影响有上限, 而线圈属性对系统互感的影响无上限, 发射端摆放条形磁芯且接收端摆放圆盘形磁 芯的 ICPT 系统能满足电动汽车无线充电系统的电源需求和电磁屏蔽要求。     

基于风光互补发电无线电能传输系统的研究与设计*

风光互补发电系统作为一种绿色能源可独立对外部供电,无线电能传输(Wireless Power Transfer)技术又提供了一种方便快捷的能量传输方式,本文结合两者的优点,将风光互补发电系统的输出作为WPT谐振电路的输入端,利用无线电能传输技术对负载供电,利用了绿色能源的同时又能节约电力运输成本。分析了磁耦合感应与磁耦合谐振之间的联系以及平面线圈频率分裂的相关因素,针对目前小型平面谐振无线充电设备随发射端和接收端距离的变化而产生传输波动的问题,在发射端采用XKT-408集成电路进行自动频率锁定,在发生频率分裂时调整线圈偏移角度可削弱两线圈的互感系数来抑制频率分裂现象,提高了接收线圈峰值电压。最后搭建了小光互补无线能量传输系统,在径向距离50mm处可成功对负载充电,该模型为基于风光互补发电无线充电系统的应用提供了参考。     

电动汽车用无线充电系统的线圈特性研究

针对电动汽车无线充电线圈的相关特性,提出了耦合谐振电路结合 Maxwell 软件建模的方法对 其进行分析;电动汽车用无线充电系统的互感线圈是实现无线充电的重要模块,对其进行特性研究有助于实 际生产中线圈的设计和优化。 为此,首先分析电动汽车用无线充电技术,并建立耦合谐振电路的等效模型进 行公式推导,进而通过 Matlab 仿真研究线圈互感系数对系统输出功率和传输效率的影响。 然后在 Maxwell 软件中搭建互感线圈的仿真模型,依次改变线圈的匝数、水平偏移程度和垂直距离进行仿真实验分析;仿真 得到线圈在不同互感系数下系统输出功率和传输效率线圈的变化情况和磁感应强度分布图、耦合系数变化 折线图。 根据仿真结果对线圈特性进行分析,最后得出随着互感系数的增加系统输出功率先增后减,传输效 率不断增加。 以及在线圈匝数减小线圈水平偏移程度以及垂直距离不断变大的情况下,线圈的耦合系数不 断降低,且降低幅度变大的线圈特性。     

电磁成形线圈电感计算

采用解析法和有限元方法对电磁成形线圈电感进行计算并测量.研究结果表明,解析法和2D有限元法计算线圈电感与实测值误差较大,且只能计算少量的轴对称线圈的电感,具有较大的局限性.而基于增强型能量增量法原理的3D有限元法求解电感精度较高,可以较好地计算实际结构线圈的电感,对于异形线圈电感也可以方便建模求解,为线圈的设计奠定了基础.     

亥姆霍兹线圈磁场均匀性的研究

为了探究亥姆霍兹线圈空间磁场均匀区域的大小、形状及范围,利用FD-HM-I型亥姆霍兹磁场测定仪及其所配备的高灵敏度毫特斯拉计传感器探头,探测了亥姆霍兹线圈轴截面上有限元磁场的大小,以两线圈中心连线的中点为坐标原点,建立坐标系,根据线圈的对称性,得到了亥姆霍兹线圈空间磁场均匀区域的大小、形状及范围.由于毫特斯拉计传感器探头的体积小、分辨率高,因此,该传感器适用于物理实验中弱磁场的测量,用它探测磁场准确度较高,误差较小。     

能量天平动圈位移的激光干涉测量研究

为精确测量普朗克常数h,实现能量天平法建立量子质量基准,提出了三轴双频激光外差干涉和折叠式Fabry-Perot(F-P)干涉绝对距离测量相结合的激光干涉测量方法,用于精密测量和定位能量天平装置中沿竖直方向在均匀磁场中运动的互感线圈位移。用三轴双频激光外差干涉精密测量运动线圈的质心位移和姿态,位移测量不确定度为10nm;进而将F-P腔干涉绝对距离测量与外差干涉测量结果进行比对和校准。仿真表明,采用本文方法,当位移测量范围约为30mm时,测量分辨率优于1nm。将该方法运用于真空中线圈位移测量,相对测量不确定度优于1.0×10-9。     

小功率磁耦合谐振式无线电能传输频率分裂的研究

针对在磁耦合谐振式无线电能传输过程中当传输距离到达一定值后,耦合因数超过临界耦合值而出现的频率分裂问题。利用互感耦合理论和等效电路模型对系统进行建模分析,得出负载电压和传输效率与耦合因数、失谐因子的关系表达式,并对其频率特性进行分析。为了改善系统在过耦合状态出现的负载电压频率分裂问题,采用了在保持其轴向距离不变的前提下,横向移动接收侧线圈的方式。进行了小功率磁耦合谐振式无线电能传输实验,结果表明通过横向移动接收侧线圈,可以有效改善频率分裂的问题,为无线电能传输在现实中应用提供了有效参考。