关于无功补偿论文范文资料 与基于无功补偿的滑动变压器建模和仿真有关论文参考文献

《基于无功补偿的滑动变压器建模和仿真》：本论文主要论述了无功补偿论文范文相关的参考文献,对您的论文写作有参考作用。

摘 要：为给高效率的非接触感应电能传输系统的设计与运行提供理论依据,根据耦合电路法,建立基于无功补偿的滑动变压器的状态空间数学模型,并对滑动变压器无功补偿的典型拓扑及传输系统的谐振频率进行对比分析,给出相应的仿真结果,为系统补偿方案和工作频率的确定提供理论依据.

关键词：滑动变压器； 无功补偿； 谐振频率

中图分类号：O441.3； TM402； TM45文献标志码：A

Modeling and simulation of sliding tranormer based on reactive compensation

XIE Wei, WANG Xiaoyan, ZHAO Binjie

（Logistics Eng. College, Shanghai Maritime Univ., Shanghai 200135, China）

Abstract： In order to provide the theoretical foundation about the design and operation of the contactless inductive power traner system, according to the coupling-circuit method, a state-space mathematical model of the sliding tranormer based on the reactive compensation is set up. The typical compensation topologies of the sliding tranormer and the resonant frequency of the traner system are analyzed con-trastively, and the corresponding simulated results are given. It provides the theory basis for confirming the compensation scheme and operating frequency of the traner system.

Key words：sliding tranormer; reactive compensation; resonant frequency

0 引 言

传统的电能传输通过插座、插头和导线等进行供电时,存在滑动磨损、接触火花和导线裸露等问题；而非接触感应电能传输系统以滑动变压器为核心,利用磁场耦合技术、电力电子技术和现代控制理论,实现电能从静止设备向移动设备的非接触式传输.20世纪90年代以来,新西兰、德国和日本等国对非接触感应电能传输的基本理论和应用技术进行深入研究,取得一些成果.［1-3］我国也加紧研发工作,如自动化码头高速货运小车、城市电动汽车或混合动力汽车、井下运输设备和水下探测设备等高速移动设备及恶劣环境下的供电问题.［4］另外,非接触感应电能传输系统也可应用于人造器官的充电和智能卡的信息传输等小功率精密仪器或设备.［5］

由此可见,非接触感应电能传输系统的应用非常广泛,其核心部件——滑动变压器的设计是否合理关系到整个传输系统性能的优劣.本文针对滑动变压器的运行性能及相关补偿技术进行仿真,为非接触感应电能传输系统的设计与运行提供理论依据.

1 系统概述

非接触感应电能传输系统主要包括一次侧变换器、滑动变压器和二次侧变换器3部分,见图1.

图 1 非接触感应电能传输系统基本构成

与常规的感应电能传输系统相比,该系统增加高频逆变部分和高频整流部分.因为在给移动设备供电时,滑动变压器的一、二次侧绕组间存在相对运动,必须有较大的气隙,属于疏松的磁耦合系统,感应电动势的主磁通较小,因而电能传输性能较差.为提高系统的传输能力,一、二次侧均需增加高频变换器.系统工作时,在输入端,一次侧变换器将工频交流电流经整流和逆变转换成高频交流电流,供给一次侧绕组,一次侧绕组电流在空间建立高频交变磁场,并在二次侧绕组中产生高频感应电动势及高频感应电流；在输出端,二次侧变换器根据负载需要,将二次侧高频电流进行整流和逆变,最后经电能调节给负载供电.

2 数学模型

2.1 基本结构

普通变压器的一、二次侧线圈绕在共同的闭合铁芯上,磁耦合因数很高,但一、二次侧绕组不能相对移动；而滑动变压器的一、二次侧绕组可以分离,其磁路经气隙闭合,故又称为可分离变压器或气隙变压器.滑动变压器一、二次侧间仍然通过电磁感应实现电能传输,因气隙导致的磁耦合因数降低由提高一次侧输入电流的频率加以补偿,其基本结构见图2(a).对于自动化码头等长距离移动式非接触电能传输系统,滑动变压器的一次侧绕组可安置在输电轨道上,延伸为很长的环线,而二次侧绕组绕在沿轨道移动的开口铁芯上,见图2（b）.另外,进行长距离供电时需要一定的开关控制系统,以实现二次侧绕组的分段式供电,提高传输效率.图 2 滑动变压器基本结构

2.2 无功补偿

随着磁耦合因数的下降和运行频率的提高,一、二次侧回路的电抗值成倍增加,要实现一定的功率输出,必须提高供电电压,从而大大降低系统利用率.为此,需要对一、二次侧回路的无功功率进行补偿,即在一、二次侧分别串联或并联一定大小的电容.通过一次侧补偿,可以提高一次侧绕组输入端的功率因数,提高供电质量；通过二次侧补偿,可以提高系统的输出功率和传输效率.

最基本的补偿方式有串联补偿和并联补偿2种.若一、二次侧分别采用串联或并联补偿,则系统的补偿拓扑共有4种［6］,即串—串联补偿、串—并联补偿、并—串联补偿和并—并联补偿.在实际应用中,应由高频供电电源的性质和负载情况合理确定采用何种补偿方式.通常,一次侧串联补偿时,串联电容上的电压降与一次侧绕组的感抗压降相抵消,可降低对高频电源的电压要求；一次侧并联补偿时,流过并联电容的电流补偿一次侧绕组电流的无功分量,可降低对高频电源的电流要求.而二次侧串联补偿时,二次侧的输入端口近似等效于电压源；二次侧并联补偿时,二次侧的输入端口近似等效于电流源.

2.3 状态方程

由于滑动变压器存在较大气隙,其一、二次侧间的磁耦合较为疏松,漏磁通相当甚至大于主磁通,所以基于励磁电感Lm或励磁电抗Xm的变压器等效电路模型［7］并不适用.根据耦合电路法,本文从支路电压平衡方程（U等于pΨ+RI）和磁链方程（Ψ等于LI）出发,建立滑动变压器基于耦合电感的状态空间数学模型.

选择串—并联补偿方式进行建模分析(见图3),其余方式可以类推.

图 3 串—并联补偿时的等效电路

3.3 谐振频率计算

基于无功补偿的滑动变压器实际是个电阻、电感和电容的串并联系统（RLC系统）,当系统工作频率等于谐振频率时,具有最大传输效率.由于变压器一、二次侧绕组间互感M的存在,解析计算谐振频率比较困难.为确定合适的工作频率,采用上述仿真模型,对双侧补偿时工作频率从10～30 kHz的输出电流进行计算,其幅值随频率变化情况见图6.由此可见,在运行频率为20 kHz附近输出电流最大,与谐振频率数值计算方法的结果一致.［8］

无功补偿论文参考资料：

结论：基于无功补偿的滑动变压器建模和仿真为关于无功补偿方面的的相关大学硕士和相关本科毕业论文以及相关无功补偿论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。