基于端口阻抗的磁耦合谐振式无线电能传输特征参数仿真方法研究

以单个自谐振线圈等效模型的端口阻抗及耦合线圈之间二端口网络的等效模型为出发点,利用高频有限元仿真软件,结合无线电能传输技术自身的特点,提出分布参数谐振线圈仿真分析以及关键参数的提取方法,通过实验对比验证仿真方法的合理性。另外根据耦合线圈频域阻抗分裂的特点提出耦合系数的计算方法,为进一步分析分布式参数线圈对无线电能传输性能影响的研究提供参考。     

一种平面射频发射线圈的电磁特性分析

对一种应用在垂直场磁共振成像系统上的平面射频发射线圈进行了分析研究。首先用集中参数的等效电路模型对线圈的谐振频率及谐振模式进行了理论分析,在此基础上利用电磁场数值计算的方法对这种线圈在不同的谐振模式下的电流分布及磁场分布进行了研究。最后还对一个分成8段的平面射频发射线圈的射频场的空间分布进行了仿真。结果表明,这种线圈在300 mm的球内,磁场强度偏离中心点最大不超过15.2%,计算结果与实测结果是吻合的。     

部分元等效电路理论在无线电能传输系统中的应用研究

磁耦合谐振式无线电能传输技术凭借其传输距离远、传输效率高等优势逐渐成为了无线电能传输方面研究的热点，而磁耦合谐振系统的设计和优化依赖于准确的参数计算和系统性能计算。针对这一问题提出采用部分元等效电路PEEC（partial element equivalent circuit）法进行计算。首先介绍了PEEC的基本理论以及部分参数的计算方法，然后建立耦合线圈的部分元等效电路模型，对平面矩形螺旋线圈的自感和互感进行计算，通过计算结果和实验结果的对比验证了PEEC法计算参数的高效性和准确性。在此基础上，分别建立了双线圈系统和单共振磁耦合谐振式无线电能传输系统，采用PEEC法结合电路法对2个系统的传输特性分别进行了研究和分析，并通过与有限元法计算结果的对比，验证了所提方法的准确性和快速性。     

VFTO下分段层式变压器线圈电位分布研究

特快速暂态过电压（VFTO）作用下分段层式变压器线圈的电位分布计算对于变压器的绝缘设计是非常重要的。由于GIS中开关投切产生的陡波前过电压对变压器的绝缘危害极大,为了准确计算线圈中的快速暂态过程,提出了一种以单层线圈为单元的集总参数线圈模型,介绍了电感、电容、电阻等参数计算的物理模型和数学公式。实测和计算1台变压器线圈模型电位分布的结果近似一致,说明集总参数线圈模型和计算方法是正确可行的,可以为变压器线圈合理的绝缘设计提供理论依据。     

VFTO下分段层式变压器线圈电位分布研究

特快速暂态过电压(VFTO)作用下分段层式变压器线圈的电位分布计算对于变压器的绝缘设计是非常重要的。由于GIS中开关投切产生的陡波前过电压对变压器的绝缘危害极大,为了准确计算线圈中的快速暂态过程,提出了一种以单层线圈为单元的集总参数线圈模型,介绍了电感、电容、电阻等参数计算的物理模型和数学公式。实测和计算一台变压器线圈模型电位分布的结果近似一致,说明集总参数线圈模型和计算方法是正确可行的,可以为变压器线圈合理的绝缘设计提供理论依据。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统中线圈谐振特性研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统中激励线圈与发射线圈是否谐振、接收线圈与负载线圈是否谐振,建立了4种结构模型;采用电路理论,详细分析了4种结构模型下的等效阻抗,并通过Pspice仿真重点分析了在相同参数下4种模型的输出功率。仿真结果表明,激励线圈与发射线圈谐振且接收线圈与负载线圈不谐振时的结构输出功率最大,且在大负载情况下,仍具有高效率。在电源频率为13.56 MHz,发射线圈与接收线圈的距离为26.8cm,耦合系数为0.2,负载为32Ω的情况下采用此模型,输出功率达到136.25 W。     

基于单线圈双谐振结构的无线携能通信系统架构研究与设计

无线能量与无线信号的同时传输是目前无线电能传输系统研究的热点。本文以单线圈双谐振磁耦合结构为研究对象,构建系统模型,推导能量传输频率点的Q值、信号传输频率点的带宽、以及能量谐振通道与信号谐振通道之间的串扰公式。从兼顾能量传输性能和信号传输速率的角度,分析基于单线圈双谐振结构的无线携能通信系统电路参数设计的影响因素,给出电路参数的设计方法。最后,搭建仿真模型和实验平台,对所提出的电路参数设计方法进行验证。     

(20期拿下）谐振耦合式无线电能传输系统谐振线圈的优化设计*

谐振耦合式无线能量传输方式可用于中距离传输能量,是一种新型的能量传输方式。文中针对谐振耦合式无线电能传输系统中谐振线圈对无线电能传输的影响问题,建立两线圈等效电路模型,详细分析了线圈谐振状态和互感对系统传输功率和效率的影响,提出了一种兼顾系统传输功率与效率的谐振器优化设计方法,并结合实例仿真,设计制作了多组参数的谐振线圈进行比较实验,结果证明,在谐振状态下两谐振线圈匝数乘积为定值时,系统的传输功率和效率基本保持不变,从而证明了所提方法的可行性。     

单相均匀传输线暂态模型参数计算

现有电力线路分布参数模型与多节集中参数模型是分析高频暂态特性的主要模型,其模型结构复杂,计算量大;单节集中参数模型结构简单,但适用频段范围远低于分布参数模型的首谐振频段。为此,以单相均匀传输线线路末端开路、短路为例,分析了分布参数模型、单节Π(T)、Γ模型的阻抗特性,并根据各模型最低频段等效阻抗的误差分析结果,提出了单节集中参数模型参数计算方法,即以工频等效阻抗、最小(首)谐振频率相等,最低频段内等效电抗综合误差最小为原则,将单节Π(T)、Γ模型的适用频段范围提高到了分布参数模型的首谐振频率,扩大了其适用范围。算例结果验证了该方法的有效性。     

基于自谐振线圈参数优化的多中继无线供电系统效率提升研究

印刷电路板(printed circuitboard,PCB)自谐振线圈可以避免绕线引起的偏差,且不受分立补偿电容的影响,应用在多中继无线供电系统中极具前景。针对PCB自谐振线圈结构参数优化不完全所导致的多中继无线供电系统传输效率低下的问题,该文给出了一种用以提升系统传输效率的PCB自谐振线圈结构参数优化设计方法。首先,建立了多中继无线供电系统的传输效率模型,并分析了线圈的电参数对传输效率的影响机理;其次,详细推导了线圈电参数与线圈的匝数、介质厚度、线宽、铜箔厚度、介质损耗角正切值以及介电常数之间的关系;然后,基于上述关系,以传输效率最高为目标,优化了线圈参数;最后,利用优化后的PCB自谐振线圈搭建了一套五线圈无线供电系统实验样机。实验结果表明,采用优化后的PCB自谐振线圈传输效率最高可达76.5%,相比优化前33.1%的传输效率,提高了43.4%。     

电磁感应线圈电特性研究

电磁感应线圈是测量磁场变化的重要元件,因其结构简单、性能可靠等优点,被广泛应用于电磁无损检测等领域。电磁感应线圈的传递函数决定了其对磁场变化的测量灵敏度及测量的频率范围。为了从理论上准确分析电磁感应线圈的传递特性,建立线圈的几何参数与其等效电特性参数间的关系模型,改进了等效电容的计算模型。基于感应线圈理论模型,对线圈的谐振频率、传递函数和灵敏度等特性进行预测,实验验证了模型的准确性。重点讨论线圈几何参数对线圈上述特性的影响规律,为感应线圈的优化设计提供理论依据。     

自谐振线圈耦合式电能无线传输的 最大效率分析与设计

谐振耦合电能无线传输是一种新的电能传输概念和方法,它能在中等距离范围内传递能量。该文基于空间隔离两线圈的互感耦合模型,从电路角度分析系统传输效率与线圈尺寸、距离等之间的关系,得到的传输效率表示式,进一步应用于系统最大传输效率的分析,以实现谐振耦合电能无线传输系统优化设计的目标。最后,设计制作一个谐振耦合电能无线传输装置,并设计多组不同参数的线圈进行比较实验,结果证明当空间隔离的两空心线圈达到谐振耦合时,两线圈之间传递能量最大,从而验证该文的理论研究。     

宽频磁耦合谐振式无线电能传输系统特性分析

首先建立电路模型,结合互感计算,对磁耦合谐振式无线电能传输特性进行建模和仿真分析,研究发射线圈和接收线圈电感值的选择对系统传输特性的影响,建立传输距离、谐振频率与负载功率、传输效率等传输特性的关系,为发射和接收谐振回路的参数设计提供详尽的理论依据;其次分析宽频E类功率放大器特性,为电路在宽频带工作状态下保持较高的系统效率提供了解决方案;最后通过实验分析,对理论推导和仿真结果进行验证。     

高速铁路牵引网谐波谐振模型及谐振特性研究

数字化仿真是研究牵引供电系统谐波谐振问题的重要手段,建立准确的仿真模型对谐波谐振问题有重要的意义。以AT供电方式为例,应用自然切割的思想分析牵引网的网络结构,结合多导体传输线理论,通过计算分布参数下多导体传输线系统的传输参数方程提出针对牵引网谐波谐振研究的不对称π型等效模型。在此基础上比对实测结果和仿真结论,验证模型的准确性,并归纳总结了牵引供电系统谐振频率、过电压和过电流等谐波谐振特性。     

基于螺线方程的MCR-WPT系统线圈设计

在磁耦合谐振式无线电能传输MCR-WPT（magnetically-coupled resonant wireless power transfer）系统中,线圈作为能量中转的关键环节,其参数的设计决定了系统的传输效率,但目前仍然没有成熟完善的线圈设计方法。将平面螺旋线圈作为研究对象,采用阿基米德螺线方程,建立了精确的数学模型,分析了耦合线圈互感、自感、电阻与线圈几何参数的关系,得到了较为精确的计算方法。通过COMSOL进行仿真验证,在线圈匝间距较小时,各电量计算误差在5%以内。针对给定的限定条件,以线圈传输效率作为优化目标,通过Matlab求解出最优的线圈参数。最后,绕制实际的线圈并由实验测得其最大传输效率超过95%,证明了线圈设计方法的合理性。     

提升无线充电异物检测系统灵敏度的高阶复合谐振拓扑

针对无线充电系统中金属异物的检测需要,提出一种提升异物检测系统检测灵敏度的高阶复合谐振拓扑,解决了传统检测线圈边缘区域检测灵敏度低及存在检测盲区等问题。首先建立金属异物与检测线圈的互感耦合模型,阐释谐振拓扑对检测线圈阻抗变化的放大作用;其次在合理设计参数下分析复合谐振拓扑对检测灵敏度提升的可行性;然后根据谐振拓扑对线圈阻抗变化的放大特性设计一种高阶复合谐振拓扑,并对该拓扑结构中各器件参数进行优化;最后对所提出的高阶复合谐振拓扑的检测灵敏度及其具体实现电路进行实验验证。实验结果表明,针对检测线圈边角位置处的金属异物和曲别针等小尺寸异物,系统检测灵敏度可达62.31%和119.23%。在金属异物对检测线圈阻抗影响的微小变化下,所提出的高阶复合谐振拓扑具有足够高的检测灵敏度并可以完全消除检测盲区。     

无线电能传输系统的线圈参数及耦合系数研究

磁耦合谐振无线电能传输影响系统耦合系数的主要因素是线圈参数。对于空间两线圈的互感模型,由诺依曼理论推导出发射、接收线圈间的互感系数表达式;通过建立有限元仿真模型对收发线圈进行电磁场仿真计算,针对线圈结构进行优化设计,进一步分析载流线圈的绕制结构、尺寸参数、空间位置等因素对互感耦合系数的影响。采用层绕式螺旋管结构线圈能提高传输系统耦合效率,增大发射线圈尺寸使其大于接收线圈尺寸有利于提高耦合性能。     

计及互感参数的串联-并联型无线电能系统传输特性

无线电能传输系统中能量收发线圈的位置变化直接影响系统的传输特性。本文建立串联-并联(SP)型电磁耦合谐振式无线电能传输系统平台,从电磁场角度出发,分析线圈空间位置与传输系统电感参数的关系,并推导计及线圈空间位置的电感参数计算方法以研究系统的传输特性。通过仿真模拟线圈位移、偏转等条件下系统的运行情况,归纳互感参数与系统传输功率/效率的变化规律和内在联系。搭建实验平台,通过对比实验数据和仿真结果,验证了所提方法的正确性,为无线输电的优化设计提供参考。     

电磁式电压互感器本体参数对铁磁谐振过电压影响分析

根据电磁式电压互感器(PT)的铁心结构和绕组分布,利用磁路-电路对偶原理提出一种拓扑暂态模型进行了铁磁谐振仿真分析,计算出模型的磁滞损耗、漏感和绕组分布电容等参数,并分析了各参数对铁磁谐振过电压的影响规律.     

磁共振模式无线电能传输系统建模与分析

针对磁共振模式无线电能传输系统功率和效率计算问题,利用互感耦合模型,对磁共振模式电能传输系统的4种拓扑进行分析,得出了系统的传输功率及其计算模型,并进一步分析了系统传输效率与线圈谐振频率、互感系数、线圈内阻等参数之间的关系,为磁共振模式无线电能传输系统的设计及参数优化提供了理论依据。为验证理论分析的正确性,制作了一个磁共振模式无线电能传输装置,该装置实现了80 cm内60 W的无线能量传输,且传输效率达到了52%。