0 引 言

非接触供电技术是一种基于电磁感应能量传输原理的新技术。相比于传统供电方式，可以有效避免因接触而产生的系统机械损耗，从根本上消除供电回路短路的可能性，大大降低事故发生率。目前，这项技术已经在航空、石油钻井、电动车充电等领域进行了大量的试验研究和实际应用，满足了在某些特殊环境下用电设备对供电质量、安全性和可靠性的要求[1-2]。

合理的绩效目标是进行科学绩效评价的前提，探索和建立农业科研项目绩效目标，将使得评价过程更为合理，从而实现农业科研项目的经济效益、社会效益。相关科研人员应当立足科研项目本身，结合农业科研项目的具体特点，根据项目研究所要达到的目的设定绩效目标。科研管理人员应当注重绩效目标的具体化，对目标进行细化、分解，对不符合要求的目标予以调整，实现目标管理全过程、全覆盖。明确的绩效目标可以帮助科研人员对项目进展及时进行监控，不断纠正项目执行过程中的偏差，更大程度上发挥目标管理的功能，使得绩效评价成为一项有效的管理手段。

然而，非接触式供电系统依然存在传输效率低，使用场合局限等问题。文献[3]中设计的非接触供电系统采用EE型可分离变压器，结构简单、易于实现；文献[4]提出的一种采用扁平U型磁芯和平面螺旋式绕组改进型变压器可以提高系统的传输效率；但这类结构受限于某些需要旋转的特殊工作场合。为此，文中设计了一种新型可旋转松耦合变压器，传输效率高，适用于一般工作环境以及航空航天、导向钻井工具等需要变压器进行旋转的特殊工作环境。

1 新型可旋转松耦合变压器仿真设计

由于松耦合变压器存在气隙，而气隙的磁阻远大于磁芯，在低频下只能有很少一部分功率耦合到副边。利用DC-AC变换将直流电转化为高频交流电，可大幅度提高系统的传输效率。采用SPWM调制技术可产生正弦度很高的正弦波，能够使松耦合变压器的损耗降到最低，非接触供电系统原理图如图1所示。

作为非接触供电系统的核心功率元件，松耦合变压器的传输效率决定了整个系统的效率。文献[5]介绍了非接触电能传输系统的原理并搭建了松耦合变压器的数学模型。松耦合变压器的传输效率为[4]：

“虽然目前尚未有足够证据表明电子烟的危害性，但电子烟中的有害成分依然存在，临床上一般不推荐使用它作为戒烟的工具。”肖丹教授表示，目前科学有效的戒烟方法是采用临床戒烟指南中的综合疗法，包括行为干预、心理治疗以及药物治疗。如果烟民想要戒烟的话，建议到正规医院的戒烟门诊，进行规范的治疗，而不是使用电子烟。

四方竹由于其特殊的形态及生理特征，使其在笋用、材用及园林等方面具有较高的应用价值，开发利用前景广阔。目前，对于四方竹的丰产栽培、加工利用等方面的研究仍处于试验探索阶段。本研究试验了施肥与密度对于竹林发笋的影响，得到一些初步结果。

(1)

图1 非接触式供电系统原理图 Fig.1 Schematic diagram of the non-contact power supply system

表2中数据与仿真结果对比相差较大，原因是变压器采用整体结构作为磁芯，会产生很大的涡流损耗，使变压器发热增加，而在仿真环境中没有设置考虑这个因素。为了阻断涡流形成，将松耦合变压器沿直径均等切割为八份，中间部分用聚酰亚胺绝缘板隔开，并在COMSOL磁场和电路的基础上添加旋转场，转速设置为1 r/min和2 r/min，重新进行仿真和实验，如图8所示。

在确定变量、控制变量分析后，学生能明白控制哪些变量及如何控制变量，基本形成实验设计思路。在此基础上，学生还需要思考选择最佳实验思路，围绕变量将已确定的变量处理方法变成具体的、可操作的实验步骤，制定科学合理的实验方案，从而顺利地达到预期效果。

1.1 变压器材料选择和结构设计

从图6中读出电压超前电流的时间为t，则角度θ为：

新型可旋转松耦合变压器主要由“工字型”内管和“轮胎型”外管构成，如图2所示。其特点在于：外管与内管上下环对应，相当于将磁通从一次侧“送”到二次侧，这样的嵌套结构可以大幅度减小漏感。

图2 变压器内管和外管 Fig.2 Inner and outer tube of transformer

1.2 松耦合变压器尺寸仿真

为使在一定空间内可以实现多个变压器并联，达到为多个元件供电的目的，变压器的体积不宜过大。变压器内管的内径由转轴的直径决定；外管的内外径由设备的空间大小以及气隙决定。将仿真模型的高度设定为50 mm，松耦合变压器的二维轴对称模型如图3所示。

图3 变压器二维轴对称模型 Fig.3 Two-dimensional axisymmetric model of transformer

示波器测得R1、R2上的电压分别为U1、U2，电源输入电压为U，则变压器的效率为：

耦合系数表达式[8]：

(2)

以松耦合变压器为基础搭建的非接触供电系统的效率测试实验平台如图7所示。

表1 D1与耦合系数的对应关系 Tab.1 Correspondence relationship between D1 and coupling coefficient

D1/mm耦合系数330.880 62340.887 03350.896 41360.908 27370.902 53380.894 78390.887 21400.879 36

1.3 松耦合变压器气隙仿真

通过COMSOL搭建松耦合变压器的电路模型如图4所示。

图4 系统电路图仿真模型 Fig.4 System circuit simulation model

设置电源电压为80 V，频率为20 kHz，原边串联电阻R1=5 Ω，负载R2=50 Ω。结合仿真和实际应用的需求确定气隙值，即可完成松耦合变压器的设计。传输效率随气隙变化的仿真结果如图5所示。

图5 传输效率随气隙变化关系 Fig.5 Relationship between transmission efficiency and air gap

由于空气的磁阻远大于磁芯，随着气隙的增加，耦合系数降低，负载获得的功率减小，导致传输效率下降[9]。鉴于气隙太小可能导致误接触，在满足传输效率要求下，可确定气隙为2 mm。

采用Bootstrap框架进行界面布局，采用ZRender进行图形绘制，采用JQuery封装的方式进行移动设备端和桌面端界面自适应的开发。从图6和图7显示的效果中可看出，界面能在移动设备端自动适应屏幕尺寸，可解决传统设计存在的显示内容不全、不清晰和可读性差等问题。

2 松耦合变压器实验测试

2.1 变压器传输效率测试实验原理

实验原理图与系统仿真模型相同。由于变压器存在自感，导致一次侧回路的电压电流相位不同。因此，若要准确计算输入到变压器的有功功率，则需利用示波器测量电压电流相位差θ，从而计算出功率因数cosθ。如图6所示，蓝色波形为电源两端的电压波形，黄色波形为R1两端的电压波形，与原边电流同相位。

近年来凉山州大面积种植马铃薯新品种青薯9号。据统计，2017年凉山州青薯9号种植面积已经达到6 667 hm2，如何在增产的同时提高种植户种植效益成为当前需要解决的问题。2013年在安宁河谷地区引进青薯9号开展冬马铃薯品比试验[1]，2016年在高海拔地区开展青薯9号种植密度试验[2]。为达到节本增效的目的，本试验以青薯9号原种为供试材料，设置不同复合肥处理，研究不同复合肥对青薯9号产量、产值的影响，最终得出在本区域及相似生态区域应选择偷着乐复合肥进行青薯9号鲜薯生产能获得较好的经济效益，为农户选择复合肥提供参考依据。

图6 电压电流相位差 Fig.6 Voltage and current phase difference

磁芯材料要求高磁导率、高电阻率以及足够大的饱和磁感应强度。对于工作频率高，但是对功率和工作环境要求不高的场合一般选用成本低廉的铁氧体；而在某些特殊环境如航空、石油钻井等要求材料有更高的居里温度和机械强度，这时可以选用在高频条件下保持稳定性能的铁镍软磁合金[6]。文中设计的变压器选择型号为1J50的铁镍软磁合金作为磁芯材料。

(3)

内管上下环的间距D1决定可缠绕的导线匝数，进而影响到磁场强度大小；而内管上下环的厚度D2过小会限制传输到二次侧的磁通。由于D1与D2满足关系：D1+2D2=固定值，因此存在最优值使得变压器的耦合系数最大[7]。确定了D1与D2的值，根据导线线径即可计算出线圈匝数。

(4)

2.2 松耦合变压器初步效率测试及改进

设定气隙为2 mm，激励电压为100 mV。变压器副边空载，通过仿真对D1进行参数化扫描得到对应的耦合系数(摘取部分数据)，如表1所示。

图7 系统效率测试实验平台 Fig.7 Experimental platforms for system efficiency test

实验过程中除控制变量外的参数均保持不变，将松耦合变压器接入搭建好的实验平台中进行初步效率测试，结果如表2所示。

表2 变压器初步传输效率测试 Tab.2 Preliminary transmission efficiency test of transformer

频率/kHz一次侧功率/W二次侧功率/W效率5179.89151.8570.28810136.9844.6320.32620110.6633.260.301

从提高传输效率的角度来看，在设计变压器时，工作频率和负载值是需要考虑的直接影响参数，而磁芯材料和气隙对变压器的互感有影响，同样需要考虑。

3.按照依法治国的要求，行使国家职能。为了在行使专政职能时，更好地贯彻落实依法治国的基本方略，坚持依法专政，维护社会稳定，保障人民民主专政的国家政权，需要多方面的努力，尤其注重以下几点：

图8 切割后变压器仿真模型 Fig.8 Simulation model of the transformer after cutting

表3 切割后变压器传输效率测试 Tab.3 Transformer transmission efficiency test after cutting

频率/kHz一次侧功率/W二次侧功率/W效率5139.53270.0220.5021097.02661.2720.6322071.65350.7830.709

2.3 最佳工作频率的确定

改变输入电压的频率，得到传输效率与频率的关系如图9所示。

图9 传输效率随频率变化关系 Fig.9 Relationship of transmission efficiency varies with frequency

变压器传输效率随着频率上升先增大后减小，最佳工作频率为35 kHz。这是由于频率上升，使得耦合系数增大，导致传输效率增大；当频率上升到一定数值，耦合系数趋于稳定，而高频下导线的集肤效应突出，接近导线中心电流密度小，表面附近电流密度最大，相当于极大减小了导线的截面积，使得交流电阻成倍增加，消耗的有功功率增大，除此之外，磁芯损耗也与频率的m(m>1)次方成正比，从而导致传输效率下降。

切割后的模型仿真得到的数据与原模型差别很小，实测传输效率如表3。对比表2、表3数据，可以明显看出传输效率有了很大的提升。

2.4 最佳负载匹配值的确定

在最佳工作频率下改变负载值R2，负载与传输效率的关系如图10所示。

这些新出现的治疗方案是针对疾病特异性的病理生理信号通路起作用，因而选择适宜接受不同生物制剂治疗的患者是至关重要的，在应用抗IgE抗体的疗效研究中，Pinto等[37]未严格区分CRSwNP和CRSsNP患者，二者的免疫病理机制不同，导致Omalizumab单抗的疗效与安慰剂未见差别，而Gevaert等[38]选择CRSwNP合并哮喘的患者接受治疗即取得显著疗效，因为哮喘患者鼻黏膜中IgE显著升高。

图10 传输效率随负载变化关系 Fig.10 Relationship of transmission efficiency varies with load

由图10可以看出，传输效率随呈现先增大后减小的趋势。从式(1)可以推导出，在处传输效率达到最大[10]。将各个参数的值带入，可计算得到与实验结果吻合的最佳负载匹配值。

3 功率因数波动及动态性能测试

功率因数表达式为：

(5)

式中R为原边电阻；L为原边电感；ω为角频率。由式(5)可知，随着频率的增大，功率因数应该越小，但实验过程中却是处于波动状态。这是由于频率较低时，R较小，ω增大速度快，功率因数下降；随着频率升高，R增加的速度大于ω增加的速度，功率因数上升。为减小交流电阻增大带来的不必要损耗，提高传输效率，采用多股利兹线来代替银质导线，可以使电流产生均匀，相当于给电流提供了更大的通路，适用于高频条件下来减小集肤效应。重新进行上述实验，得到传输效率为91.2%。

解决了功率因数波动问题之后，对变压器进行动态性能测试。以上实验均是在变压器静止状态下进行的，接下来将设计好的变压器放置在带转轴的转盘上重新进行效率测试。将变压器内管固定在转轴上，转速分别设置为1 r/min和2 r/min，得到传输效率分别为89.74%与88.63%。

4 结束语

通过COMSOL仿真设计出了一种基于非接触供电系统的新型可旋转松耦合变压器，可在静止和旋转两种状态下保持较高的传输效率。当然，对变压器尺寸进行适当调整可以适用于不同设备，针对不同工作环境可以改变磁芯的材料来达到优化系统的目的。例如，若对变压器的机械强度要求不高，可以利用铁氧体代替铁镍软磁合金来作为磁芯，可减小变压器的重量；

另一方面，如何在仿真中设置温度场来分析功率损耗，保证传输效率的同时满足大功率的要求，以及提高转速后减小对效率的影响，这都是今后需要努力完善的。

参 考 文 献

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