非接触感应电能传输系统松耦合变压器参数设计

松耦合变压器是非接触感应电能传输系统中的关键部分.在简要介绍松耦合变压器的基本结构和工作原理的基础上,提出了松耦合变压器的互感等效电路模型.根据松耦合变压器的特点,分析了铁芯材料、绕组位置、气隙大小对变压器耦合系数的影响.同时,针对原、副边漏感的特性,进一步讨论了变压器原、副边电路补偿问题.最后给出了非接触感应电能传输系统中松耦合变压器的耦合系数、网络补偿等几个重要参数的设计方案.     

不同补偿方式下MCPT系统功率传输特性研究

针对运动式非接触电能传输系统(MCPT)运行过程中负载、互感波动变化的问题,建立了互感电路模型,对不同拓扑补偿方式下功率传输特性进行了研究。由运动式非接触电能传输系统的互感电路模型推导出不同拓扑补偿方式下的传输功率表达式,并由传输功率特性曲线得出:一次侧采用串联补偿方式时传输功率较大;对一次侧采用串联补偿形式的2种补偿方式从传输效率方面进行比较,并通过仿真电路进行验证,得出了采用SS补偿方式时其传输效率稳定性较好;最后确定了运动式非接触电能传输系统应采用SS补偿方式。     

基于电感耦合电能传输技术的智能充电站研究

针对非接触式电能传输存在的传输效率不高的问题,分析了影响非接触式电能传输系统传输功率和传输效率的因素,利用互感理论搭建了基于MATLAB/Simulink的仿真系统模型。在不同的开关频率和互感系数下,研究了开关频率、互感系数与系统传输功率和传输效率之间的关系。仿真结果表明,系统在开关频率为60 k Hz时,传输效率达到峰值。     

计及信号与电能同步传输影响的ICPT系统谐振参数优化方法

针对信号与电能同步传输的感应耦合电能传输(ICPT)系统中信号耦合线圈对电能传输效率影响的问题,基于LCLP型ICPT系统谐振拓扑结构,利用在原、副边增设耦合线圈对信号进行加载和拾取,实现了信号与电能的同步传输;通过分析原、副边电流的关系,利用耦合变压器、信号发射耦合线圈和信号接收耦合线圈的互感反射阻抗,建立了信号耦合线圈与电能传输效率之间相关联的非线性规划模型,分析了信号耦合线圈对传输效率的影响,给出了相对应的电能传输效率目标函数和约束条件,在此基础上利用自适应粒子群优化算法对谐振补偿参数进行优化,并进行了仿真验证。仿真结果表明相较于同类型信号传输方法,优化后的系统信号传输误码率有所降低,电能传输效率有所提高;波特图表明优化后的信号传输电路并未对电能传输造成较大影响,负载处谐波畸变率有所降低。     

基于ICPT技术电动汽车无线充电系统的互感分析

为了满足基于磁感应耦合电能传输(ICPT)技术的电动汽车无线充电系统高效率、低损耗的设计要求,仿真分析了松耦合变压器中磁芯属性、磁芯厚度、线圈匝数、线圈外径与互感的关系。在不降低系统互感的前提下,提出了节省磁芯体积、减少线圈损耗的方法。此外,为了得到更适用于电动汽车无线充电的松耦合变压器模型,利用ANSYS、MATLAB进行了仿真,得出了传输效率高、磁屏蔽效果好、轴偏离对互感影响小的结构模型。     

三线圈ICPT系统中继线圈的位置优化

三线圈感应耦合电能传输(ICPT)系统在给定工作频率下,中继线圈与原级线圈、负载线圈间的互感及负载大小是影响系统电能传输效率的主要因素。针对线圈间互感与线圈位置的相互约束关系,提出一种在任意给定原级线圈和负载线圈条件下的中继线圈位置优化模型。该模型以电能传输效率为优化目标,综合考虑三个线圈相互间的互感和负载等参数,通过计算机辅助设计,解决了寻找中继线圈最优位置的问题,理论和实验结果具有较好的一致性,且展示出中继线圈的最优位置与负载大小密切相关。     

基于正四面体的无线电能传输系统多自由度电能拾取机构

传统无线电能传输系统对拾取结构的方向性较为敏感,拾取机构角度变化将会较大地影响系统功率传输特性。针对无线电能传输系统三维空间内多自由度拾取问题,该文提出一种基于正四面体的电能拾取机构,给出拾取电感摆放位置及连接方式,完成拾取机构磁通分析,提出拾取机构在空间内旋转时不同绕线方式的互感计算方法,设计拾取线圈的最优绕线方案,通过Maxwell有限元仿真获得拾取线圈间的相互耦合关系。实验结果表明:当耦合机构以任意角度旋转时,系统多自由度运行的效率维持在60%,负载功率维持在30W。此种类型的拾取机构不仅能提升系统的多自由度拾取能力,还可以保持输出的稳定性,减小系统对输出控制环节的依赖,减小拾取装置体积。     

旋转式无线充电系统偏移特性研究

无线电能传输(WPT)技术因其采用非物理接触的方式传输电能,有效地解决了传统水下传能过程中漏水、漏电等问题,在水下用电设备中具有较好的应用前景.为此设计一种配有旋转式松耦合变压器(LCT)的笼状对接装置以实现水下无线传能,该装置可有效避免自动水下航行器(AUV)的径向偏移.鉴于互感为影响无线电能传输性能的重要参数,该文针对LCT的互感求解问题展开研究,运用毕奥萨伐尔定律建立该结构的互感计算模型.并以此为基础,从互感、耦合系数、输出功率、效率及副边长度等多维度参数分析轴向偏移对旋转LCT的影响,仿真结果表明,旋转式LCT的轴向抗偏移能力较强.最后,设计并开发了一套LCL_S型补偿结构的无线电能传输系统装置,实验结果验证了理论与仿真分析的正确性,具有一定的工程应用价值.     

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。     

3线圈非接触电能传输系统建模与优化分析

传输效率和输出功率是衡量非接触电能传输系统性能的两项关键指标。以磁耦合谐振理论为基础,建立了3线圈非接触电能传输系统的耦合模型,推导了系统输出功率、传输效率与匹配距离的关系表达式,分析了系统输出功率、传输效率的优化条件,通过仿真和实验研究证实了理论分析的正确性,为其应用奠定了理论基础。     

电动汽车无线充电新型DD耦合机构设计与优化

基于磁耦合谐振式无线能量传输技术,文中设计一种新型DD线圈结构用于电磁耦合谐振式无线充电系统。通过分析无线充电耦合机构数学模型,确定传输效率与频率、互感、等效负载以及原副边绕组的电阻之间的关系。通过搭建不同的磁耦合线圈结构的ANSYS仿真模型,比较磁耦合线圈结构的改变对线圈参数的影响,确立优化方向。最后搭建系统实验平台对磁耦合机构的优化方案进行验证。在线圈偏移量和输入功率变化的情况下,磁耦合机构效率能够保持在95%左右,实验结果与仿真分析结果一致。     

A simulation mathematical model of a traction transformer with tapped secondary windings

This paper deals with the problem of accounting for changes in the magnetic flux leakage of traction transformer windings under discrete cyclic load switching of traction winding sections during the simulation of continuous processes. It is proposed to take into account this change by introducing a fictitious mutual inductance and active components of the mutual impedance between the windings, which can be determined using the theory of a multiwinding transformer. A method for mathematical representation and computer simulation of the traction transformer with tapped secondary windings is considered based on the notation of the system of differential equations in the state space. Expressions for the calculation of the leakage inductance of the transformer windings and mutual inductances that take into account the change in the magnetic field of the winding leakage in the case of the discrete cyclic load switching of the tapped secondary windings. An algorithm for calculation of matrix elements of the equation of state is constructed. A simulation mathematical model of the traction transformer is developed in the Matlab/Simulink environment that takes into account the winding leakage field variation under discrete cyclic switching of the load of sections of traction windings. The adequacy of the proposed simulation mathematical model is proven by comparison of short-circuit currents obtained as a result of the simulation with currents of traction transformer short-circuit field tests.     

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。     

三线圈MCR-WPT系统中继线圈轴向位置的优化研究

探究三线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统中继线圈的最优轴向位置对优化系统传输性能至关重要,为此深入研究三线圈MCR-WPT系统的传输特性,应用电路互感耦合理论结合同轴线圈互感计算方法得出了系统最大功率和最大效率传输条件;基于上述最优传输条件,对宽负载范围内中继线圈轴向偏移对系统传输特性的影响进行了电磁仿真。仿真结果表明：中继线圈传输功率和传输效率的最优轴向位置与负载有关,均随负载的增大向接收线圈一侧偏移,当电源内阻与负载相等,中继线圈位于耦合机构中间位置时系统可获得最大传输功率,靠近发射线圈一侧时可获得最大传输效率。最后,搭建了三线圈MCR-WPT系统实验平台,实验验证了理论与仿真的正确性。     

任意空间位置线圈的互感计算方法

磁耦合谐振式无线电能传输技术通过空间分离线圈之间的电磁耦合实现电能的无线传递,耦合线圈尺寸的不同和相对位置的变化会引起线圈间的互感变化,继而影响无线电能传输系统的特性。以常见的矩形截面空心线圈为分析对象,对任意空间位置线圈间互感的计算方法进行研究,通过纽曼公式和细分求和法推导了互感的理论计算公式,为静态和动态无线电能传输系统的设计提供支持。在耦合线圈具有不同轴向距离、径向偏距及旋转角度等空间位置情况下,公式编程计算和实验测量结果都具有一致性,证明了计算方法的正确性。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统阻抗分析与匹配电路设计方法

针对无线电能传输系统中阻抗失配引起的效率低和烧毁射频功放等问题,综合考虑耦合因数、电源和线圈内阻,利用互感耦合理论对四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统中射频功放的负载阻抗进行等效分析;并针对通过改变系统互感系数来调整阻抗难以达到理想效果的缺陷,提出和设计阻抗匹配电路方法来调整阻抗。根据阻抗特性设计了π型结构的阻抗匹配电路,给出了系统器件参数的计算方法和结果。最后设计了基于磁耦合谐振技术的无线电能传输装置,并进行了阻抗匹配实验,实验结果与理论分析具有较好的一致性,证明了理论分析的正确性。也为进一步研究自适应阻抗匹配,提高无线电能传输功率和效率提供了有益的参考。     

基于局部元等效电路原理对混合封装电力电子集成模块内互感耦合的研究

低压大电流混合封装电力电子集成模块(IPEM)内部功率电路与控制和驱动电路之间的互感耦合是电磁干扰的主要途径之一，为了准确预测电磁干扰的强度，需要对耦合互感进行精确计算，文中针对这个问题展开研究。首先，分析了功率电路的高频环流问题；其次，采用局部元等效电路(PEEC)原理对高频环流回路与典型控制和驱动回路之间的耦合互感进行了计算；最后，通过仿真和实验对计算结果进行了验证，表明该文对高频环流的干扰分析以及对耦合互感的计算方法是正确并且有效的。     

基于“场-路”耦合有限元分析法的变压器短路电抗仿真的研究

短路电抗法是检测电力变压器绕组变形的有效方法之一,开展变压器短路电抗的仿真计算研究,对于获取各种绕组变形故障时的特征信息具有重要意义。基于实验室中一台模型变压器的结构参数,分别建立了绕组正常及存在匝间短路故障时的有限元仿真模型,利用"磁-路"耦合的方法对变压器的漏磁场和漏感参数进行了计算,分析了绕组变形位置与变压器漏磁场之间的关系,并与在模型变压器上的实验结果进行了对比,结果表明:绕组内部发生匝间短路故障时,在径向中部的匝间短路对漏磁场的影响较大,而在轴向中层绕组的匝间短路对漏磁场的影响较小。研究成果对于指导短路电抗法的现场应用和绕组故障的检测提供了一定的理论依据。     

基于TensorFlow神经网络的MCR-WPT系统负载与互感识别方法

针对磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统负载与互感识别精度低、速度慢等问题,提出一种基于TensorFlow神经网络的双LCC型MCR-WPT系统负载与互感识别方法.该方法基于TensorFlow深度学习框架,采用神经网络模型,将MCR-WPT系统的负载与互感识别问题等效为非线性方程的求解问题,进而转化为深度学习非线性拟合问题,并给出模型的训练方法,最后得到基于TensorFlow神经网络的MCR-WPT系统负载与互感识别模型.通过离线方式训练负载与互感识别模型,并将训练完成的识别模型导入微型控制器,只需要采集系统输入电流值和传输距离就能够实现负载与互感在线同时识别,识别速度快、精度高,有利于系统的实时控制,且成本较低、易于实现,有利于工程推广应用.     

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%。