基于垂直中继的U型高压线路无线供电系统设计

为解决110 kV输电线路杆塔侧在线监测设备的供电问题,文中创新提出一种基于垂直中继的U型高压线路无线供电系统。首先结合互感耦合理论与有限元仿真,提出U型无线供电系统的整体设计方案,实现杆塔侧在线监测设备长距离、大功率、高效率、宽频带的无线供电。在此基础上建立系统级仿真模型,对U型无线供电系统的距离特性、频率特性、负载特性及电磁分布特性进行分析,验证了设计方案的可行性和电磁兼容性。最后搭建实验平台,在600 kHz的工作频率和1.2 m的传输距离下,系统输出功率达到73.58 W,能够满足杆塔侧在线监测设备的实际功率需求,为无线电能传输技术在高压设备供电领域的应用提供了参考依据。     

HL-2A装置磁场电源系统

描述了国内第一个具有偏滤器的大型托卡马克装置的大功率脉冲磁场电源系统.电源主回路主要由飞轮脉冲发电机、整流变压器、晶闸管变流设备、硅整流器、开关网络等组成.通过采用多项关键技术措施,解决了硅整流器直接并联下两发电机输出平衡,并联多个整流器的电流平衡,适合大频率范围动态变化的恒角移相控制,大电流六相整流器全关断检测,先进的监控和脉冲高压强流检测等难题.实验结果表明,其性能指标很好地满足了装置实验的要求.     

适用于飞机电网的并联型有源电力滤波器功率电路及其控制策略

针对飞机电网频率较高、电源内阻抗较大的特点,采用并联型有源电力滤波器实现对电网谐波的集中抑制。采用改进的交叉矢量算法实现对基准补偿电流的检测和计算,采用滞环电流控制实现对较高频率电源系统瞬时电流的补偿,同时对直流侧电压进行稳压调节,并推导其传递函数。仿真和实验结果验证了将APF应用于飞机电网的正确性和可行性,表明采用本文的有源滤波器可集中抑制电网谐波电流,具有较好的补偿效果。     

双频段磁耦合谐振式无线电能传输系统特性分析及实验验证

双频段无线电能传输系统可以提供两个不同频率的传输通道以实现电能和信号的同步传输。根据单一谐振频率的电能传输线圈的阻抗特性提出了双频段无线电能传输线圈的设计思路,并设计了双频段磁耦合谐振式无线电能传输系统,系统接收端采用陷波电路分离信号和电能。构建部分元等效电路对线圈阻抗特性、系统电能传输能力和传输效率进行计算,由此得出系统可同步传输信号并且不影响其电能传输效率。最后,设计了和理论计算系统参数一致的实验装置进行实验验证,结果与理论分析具有较好的一致性,验证了设计方法的有效性。     

无线电能传输系统三相相移控制逆变器研发

设计一种为无线电能传输系统提供高频交流电的三相相移控制逆变器。该逆变器由三相D类半桥逆变桥组成,其开关管运行于固定的切换频率下,通过调整各相半桥的驱动相位差来调节输出电压,从而实现无线电能传输系统功率的调节。对三相相移逆变器的主要性能,包括相移角与输出电压的关系、相电流、各相零电压切换状态等进行分析,并推导无线电能传输系统在使用相移控制和频率控制下的效率。开发三相的相移逆变器原型机并应用于无线电能传输系统,在两个外边长为90cm、70cm的平面矩形螺旋线圈间传输能量。实验表明当相移角从0°到120°之间调节时,在接收端10Ω电阻负载上接收到的功率从5.2kW到0变化。同时在最大输出功率时测得逆变器直流输入到接收端直流负载的DC-DC最大效率为94%。     

应用于智能电网在线监测设备供电的磁共振无线供能装置

电力输电线路在线监测设备的持续稳定供电一直是亟待解决的难题之一。针对这个问题,结合高压取电技术,设计了一种基于磁场共振耦合的无线供能装置,受天气影响小,基本无需维护,实现对在线监测设备的可靠供电;为保证装置有足够的电能输出,通过分析输出功率的变化情况,采用最大功率点控制实现电能的稳定输出。经国家专业检测机构进行了工频耐压、电能稳定输出和调谐控制专项测试,工频耐压测试后系统工作正常,模拟导线电流在200~1 000 A时能保证发射端的稳定输入,增加频率调谐控制后可使输出功率提高2倍以上。测试结果表明装置能在1.1 m传输距离内实现稳定的电源输出。     

Efficiency improvement of high‐frequency inverter for wireless power transfer system using series compensator

This paper proposes a wireless power transfer system using a series compensator GCSC (gate‐controlled series capacitor) as a primary side capacitor. The GCSC is a circuit module that functions as a series variable capacitor by controlling semiconductor switches. The advantage of applying the GCSC to the primary side capacitor is that it provides controllability of the output power factor for a high‐frequency inverter. Therefore, optimum operation of the high‐frequency inverter can be achieved irrespective of the coil parameters by controlling the output power factor. Experimental results with a 1 kW laboratory prototype confirmed that the proposed system can achieve optimum operation and high efficiencies of the high‐frequency inverter.     

高频椭圆振动切削加工用超声电源的研制

介绍了一种单片机控制高频椭圆振动切削加工用超声电源的设计,其工作频率为20 kHz～1 MHz。该超声电源采用基于直接数字频率合成(DDS)技术设计信号源,信号频率和相位连续可调,波谱纯净,分辨率高,可同时输出双路具有死角调整控制功能的方波互补信号和幅值可调的正弦信号。功率输出级采用全桥开关型放大电路,增加了驱动缓冲级,实现高频大功率输出。电源具有自动寻找工作点和自动频率跟踪功能,可满足高频椭圆振动加工应用的需要。     

基于高频交流链接技术的大功率高压直流电源

当前大功率直流电源普遍采用直流链接技术和无源功率因数校正方案,电网侧电流谐波较大、功率因数较低且尺寸较大。基于高频交流链接(HF AC link)技术的变换器具有优异的电网侧性能,且不需要大容量的直流储能环节和滤波电抗器,尤其是在大功率电源中有利于减小尺寸,结合串联谐振电路,还可以减小损耗,以满足移动平台对高功率密度、高效率的要求。采用状态平面图法分析了在三相激励条件下的串联谐振电路断续模式下的电流特性,并得到了精确的控制参数表达式,对串联谐振电路采用脉冲密度调制(PDM)的方式调节和稳定直流电源的输出。在对单脉冲电流特性分析基础上给出了基于电网相位进行前馈的控制策略,并构建了前馈和反馈控制相结合的控制系统并对其进行仿真和实验。实验结果与仿真结果一致,表明在负载电阻560Ω上产生28.6k W,即4k V的条件下,电压纹波低于1%,输入侧功率因数为1,各相电流总谐波含量低于5.5%。     

磁耦合谐振式无线能量传输技术效率分析

详细阐述了磁耦合谐振式无线能量传输技术的原理,建立了系统等效模型并分析得到系统传输效率公式,从而得出影响系统传输效率的因素,具体包括负载阻抗、系统频率、线圈线径、线圈半径、线圈匝数、线圈位置和传输距离。针对理论分析得到的各个影响因素,逐一仿真验证了它们对效率的影响效果,为提高磁场谐振耦合式无线能量传输系统的效率提供了理论依据。     

采用新型负载恒流供电复合谐振网络的无线电能传输系统

针对传统LC谐振拓扑无线电能传输(WPT)系统在负载动态变化时,无法实现负载恒流供电及系统工作频率失谐问题,提出一种新型一次侧LCL、二次侧LCC复合谐振网络无线电能传输系统。首先,在基波条件下,依据漏感模型建立了磁路机构等效电路,得到了谐振频率和输出电流表达式;然后,通过系统参数优化设计,进一步推导出了复合谐振网络中实现负载恒流供电以及系统谐振工作频率稳定的条件。仿真结果表明,基于参数优化设计的新型复合谐振网络无线电能传输系统,能够实现负载无线恒流供电,并且系统工作频率稳定。实验结果验证了理论分析和仿真分析的正确性和有效性。     

整流器功率平衡的多级串联高压变频器

现有实用的中高压变频器方案包括功率开关直接串联的两电平逆变器、单相逆变器的多级串联变频器、三相直接输出的三电平逆变器。该文提出一种整流器功率平衡的多级串联高压变频器,即一个整流器负担三个对称的单相交流电压输出,相位相同的单相逆变器通过变压器次级串联,构成一相高压交流输出。整个电路由网侧工频降压变压器、整流器与逆变器阵列、载侧高频升压变压器构成。串联级数为N的多级串联高压变频器包括N个整流器和3N个单相逆变器。该文分析这种变频器的拓扑构成和载波移相调制原理,并利用MATLAB/SIMULINK给予仿真分析,所得结果表明,所提出的多级串联高压变频器具有可行性和低成本。     

包络调制无线电能传输系统边界条件研究

相比于传统无线电能传输(WPT)系统,包络调制无线电能传输系统具有结构简单、控制方便的优点,但在研究中发现,包络调制无线电能传输系统的起振工作条件以及高频电能包络的质量受到系统的初始参数、负载动态变化等条件的影响,不可避免地影响系统能量的正常传输以及负载电能的品质。基于交流阻抗分析法,采用零电流开关(ZCS)控制,对系统状态变量展开时域分析,基于离散迭代方法旨在找到系统软开关起振边界与能量包络的谷值偏零程度,进而确定包络调制无线电能传输系统工作边界条件,仿真与实验结果表明,在边界范围内,系统始终工作在谐振软开关状态,能量包络质量良好,验证了理论分析的正确性。     

Low‐power quadrature generators for body area network applications

This paper presents different alternatives for the implementation of low‐power monolithic oscillators for wireless body area networks and describes the design of two quadrature generators operating in the 2.4‐GHz frequency range. Both implementations have been designed in a 90‐nm Complementary Metal‐Oxide Semiconductor (CMOS) technology and operate at 1 V of supply voltage. The first architecture uses a voltage‐controlled oscillator (VCO) running at twice the desired output frequency followed by a divider‐by‐2 circuit. It experimentally consumes 335 μW and achieves a phase noise of ?110.2 dBc/Hz at 1 MHz. The second architecture is a quadrature VCO that uses reinforced concrete phase shifters in the coupling path for phase noise improvement. Its power consumption is only 210 μW, and it obtains a phase noise of ?111.9 dBc/Hz at 1 MHz. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种副边斩控无线电能与信息同时传输系统

针对在无线电能传输系统中实现原、副边之间信息通讯的问题,提出一种基于电能传输通道的副边斩控无线电能与信息同时传输新结构及其控制方法,其结构简单,副边仅有一个全控器件。通过理论分析得到副边全控器件导通角与负载电压的关系,副边通过反馈控制调节全控器件导通角实现负载电压恒定输出;通过改变电能传输频率和副边全控器件开关频率进行信号调制,分别实现信息的正向和反向传输。搭建实验平台验证了所提出的副边斩控无线电能与信息同时传输方式,实现负载电压50 V恒定输出,同时5 kbit/s的速率双向传输信息。     

基于非接触供电的LED车灯电路设计

车辆的引擎盖和后备箱盖等部件是经常开闭的,在这些地方装设LED车灯,其导线容易折断,提出基于非接触供电的LED车灯电路。电路通过疏松耦合方式从原边电磁线圈向副边电磁线圈传递电能。为了使车灯两端电压稳定,采用无线反馈方式稳压,由SG3525自动调节输出脉冲的占空比,改变原边电路的传输功率,从而稳定LED车灯的电压。电路的测试结果与仿真结果一致。     

多负载无线电能传输系统耦合机理特性分析

针对无线电能传输系统中存在一个电能发送端同时为多个负载端提供电能的实际需求问题,对多负载系统的功率、效率之间的互相转化机理及定量关系进行了研究。首先,定义广义失谐因子、广义耦合因子、初次级电阻比例因子和负载阻抗比例因子,据此建立多负载系统的理论模型,推导出电压增益、输出功率增益和传输效率的基本特性公式。其次,研究了广义失谐因子、广义耦合因数、初次级阻抗比例因子及负载阻抗比例因子对多负载系统电压增益、输出功率增益和传输效率影响的一般化规律。最后,设计开发了无线电能传输实验系统,验证了理论分析的正确性。研究结论为分析与设计多负载无线电能传输系统提供了一定的理论依据。     

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。     

无线电能传输中的高频阻抗匹配特性分析

磁谐振式无线电能传输技术是基于磁谐振耦合现象利用近区磁场进行非辐射性、中距离输电的新技术。阻抗匹配技术在无线电能传输中广泛使用,用以增加传输距离,提高传输效率,使负载获最大功率。常规变压器适于在低频下作阻抗匹配,高频时磁芯容易饱和发热,降低传输效率。使用传输线原理绕制的变压器通过线间电感和电容耦合传输能量,可用于高频传输,亦可在无线电能传输系统中使用。文章分析了无线电能传输阻抗匹配原理,分析了传输线原理绕制的变压器匹配特性,使用高频变压器进行了无线电能传输的比较实验。实验结果表明高频变压器可用于无线电能传输,匹配得当时,增加传输距离的同时,可保持传输效率和最大输出电压,是提高无线电能传输性能的一种可选方法。