應用于衛(wèi)星電源的可分離式變壓器設計與實現.pdf

1、無線輸電是一種新型的電能傳輸方式，該方式打破了電能只能通過有線進行傳輸的思維定式，由于供電側和受電側沒有電氣連接，這從根本上消除了在插拔過程中或者特殊工作環(huán)境下產生電火花或者供電回路短路的可能性，從而避免了由此引起的災難事故。本文提出將無線輸電技術應用到衛(wèi)星的太陽電池陣-蓄電池組電源系統(tǒng)中，以解決影響航天器工作可靠性的固有瓶頸，針對系統(tǒng)中的核心電氣元件可分離式變壓器，開展了一系列的理論和實驗研究。
　　本文首先介紹了課題的研究背景

2、、國內外研究現狀和發(fā)展趨勢，具體介紹了非接觸式陽電池陣-蓄電池組電源系統(tǒng)的構成、工作原理以及設計原則;之后闡述了可分離式變壓器的材料特性、磁路特性、傳輸特性和能量損耗特性，并通過建立互感等效電路模型，詳細推導出可分離式變壓器原邊輸入功率、副邊輸出功率以及傳輸效率的數學表達式，得出影響變壓器傳輸效率的外部工作和內部結構參數;然后重點介紹可分離式變壓器的設計過程:首先選擇整體的磁芯結構，通過建立二維軸對稱模型，采用有限元仿真分析方法，根據氣

3、隙大小對傳輸效率的影響程度選擇了柱面耦合式鐵芯結構;之后針對柱面耦合式的可分離式變壓器進行進一步設計，包括確定鐵鎳軟磁合金1J50作為鐵芯材料;利用磁路的歐姆定律推導出耦合系數的表達式，并根據表達式進行磁芯窗口尺寸的優(yōu)化設計，提高了變壓器的耦合系數;考慮集膚效應的影響，選擇具體的利茲線規(guī)格;類比普通高頻變壓器繞組設計方法確定線圈匝數。之后建立優(yōu)化設計后的變壓器二維軸對稱模型，研究不同頻率和負載值對所設計變壓器傳輸效率的影響，確定變壓器最

4、佳工作頻率與帶負載值并得到相應的傳輸效率。
　　最后，根據仿真設計得到的結構尺寸，加工并制作出可分離式變壓器實驗樣機，并對其進行傳輸效率的驗證實驗，實驗結果證明，所設計并實現的變壓器能夠在100V的高頻電壓下穩(wěn)定運行，并且滿足傳輸效率不低于80％的設計指標;并進一步通過實驗對仿真結果與實驗結果的誤差進行分析，得出鐵芯材料中的磁滯損耗與渦流損耗是造成誤差的主要因素，并對變壓器鐵芯部分進行均勻切塊，通過對比實驗證明該方法可以有效減少較