同步发电机带恒功率负载稳定性分析

针对同步发电机带恒功率负载的系统稳定性问题进行了研究.说明了交流恒功率负载和直流恒功率负载的不同,给出了交流恒功率负载的小信号模型;在忽略阻尼绕组和电枢绕组中诸变压器电势的前提下,推导了同步发电机带恒功率负载系统的小信号传递函数,在此基础上得到系统的稳定工作条件;推导出同步发电机带恒功率负载系统精确状态空间方程,并利用Matlab绘制出不同负载情况下系统的稳定工作区域.得出结论:恒功率负载会导致同步发电机系统运行不稳定,提高系统输出电压和在一定范围内增加输出滤波电容值都可以使系统稳定件得到有效改善.     

电动伺服加载系统用PWM整流器快速响应方法

电动伺服加载系统可更加全面测试电机本体与控制器的稳/动态性能,广泛用于飞控作动器的研发领域。传统双PWM变换器存在响应滞后特性,当负载功率突变,整流器的直流输出电压会产生波动。通过增大直流侧电容容量可抑制电压波动,但电容容量的增大会导致系统调节时间变长,系统的响应速度变慢。通过分析负载突变引起的直流输出电压波动现象,提出一种变i_q负载功率前馈控制方法,通过补偿网侧有功电流的方式实现两侧的瞬时有功功率平衡。仿真结果表明,所提方法减小了直流电容容量,提高了系统的动态响应速度。     

无线电能传输系统驱动源负载网络分析

为了提高无线电能传输高频时的高效传输能力,结合谐振式无线电能传输系统基本结构,采用单管E类功率放大器作为系统驱动源,对驱动源的负载阻抗特性及影响负载网络的因素进行了分析;提出了针对无线传能系统的E类功率放大器负载网络参数调节方法;在软开关条件下计算了负载网络最佳匹配参数;通过调整开关管占空比的方式验证负载网络变化对软开关状态及系统效率的影响.结果表明,通过驱动源样机的制作以及负载网络参数调整测试,实现了在1 MHz频率下78 W功率的输出,系统效率达到76.5%.     

煤矿井下双路三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统

为提高煤矿井下无线电能传输系统的传输功率和效率,并降低各回路电容电压,改进了井下无线电能传输系统线圈的结构,提出了适合井下无线电能传输的传输系统。根据电路互感耦合理论,推导出无线电能传输系统的传输功率和效率的数学理论表达式,分别阐述了耦合系数和负载大小对传输功率与传输效率的影响。应用OrCAD与Matlab软件对传输系统各种影响因素进行仿真分析,在此基础上设计并制作了实验平台。实验得出此系统存在最佳效率传输距离,总体实验结果与理论仿真结果一致,最后通过与典型三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统做对比实验分析,得出在井下相同传输距离时,改进三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统在提高传输效率的同时也提高了传输功率,可为实际井下无线电能传输系统提供理论参考。     

平板磁芯磁耦合谐振式无线电能传输技术

为了增加磁耦合谐振式无线电能传输系统中发射／接收线圈的自感量以及二者间的耦合系数,提高系统的传输功率和效率,提出利用高磁导率平板磁芯绕制发射／接收线圈的方案.对传输系统进行耦合电路建模,通过电路微分方程给出传输系统相关参数的数学表达式,设计并优化了系统实验平台,研究了加入平板磁芯后系统耦合系数的变化,工作频率对传输的影响,发射与接收的移位传输以及系统的功率传输特性.实现了距离10 cm以上,功率1.85 kW的无线电能传输,系统整体传输效率达到80％以上.平板磁芯耦合机构体积小,在较大水平移位（25％）情况下实现了稳定高效传输.     

双LCL补偿ICPT系统恒频恒流稳压特性研究

针对感应耦合电能传输（ICPT）系统中负载动态变化及切换易造成ICPT系统频率失谐和负载输出电压变化问题,基于双LCL谐振变换器,提出一种在负载动态变化时ICPT系统实现原边线圈电流恒定、负载端稳压输出并保证工作频率稳定性的设计方法。本文首先分析了副边LCL补偿ICPT系统的恒压特性,结合ICPT系统拾取端反射阻抗呈阻容性且容性部分与负载变化无关这一特点,提出两种原边补偿电路设计方法,同时在此基础上分析了原边LCL补偿ICPT系统实现原边线圈的恒流工作特性条件;接着给出了双LCL补偿ICPT系统同时实现原边线圈电流恒定、负载端电压稳定、工作频率稳定的总体条件;然后,基于以上分析方法,分析了主要参数对系统输出性能的影响;最后,搭建仿真和实验平台,对理论分析进行了仿真和实验验证,仿真和实验结果验证了理论分析方法的可行性。     

双LCL拓扑ICPT系统恒频恒流稳压特性研究

针对负载动态变化及切换易造成感应耦合电能传输(ICPT)系统频率失谐和负载输出电压变化的问题,基于双LCL拓扑电路,提出一种实现原边线圈中电流幅值恒定、负载端稳压输出并保证工作频率稳定性的设计方法。首先分析拾取侧LCL拓扑电路的恒压特性,结合ICPT系统拾取端反射阻抗呈阻容性且容性部分与负载变化无关这一特点,提出两种原边补偿电路设计思路,同时在此基础上分析了原边LCL拓扑实现原边线圈恒流工作的特性条件。然后给出了双LCL拓扑ICPT系统同时实现原边线圈电流恒定、负载端电压稳定、工作频率稳定的总体条件,并分析了主要参数对系统性能的影响。最后,通过仿真和实验结果证明了理论分析方法的正确性。     

低压直流配电网传输功率极限研究

详细分析了低压直流配电网配电线路电阻和负荷数量对系统传输功率极限的影响.在提出两种负荷等值模型的基础上,建立直流配电网的等值电路,推导出系统送端与受端电压变化量之间的传递函数,并在复频域分析了传输功率与受端电压稳定之间的关系.最后通过算例具体分析了低压直流配电网的传输功率极限,并计算了提高传输功率极限以满足电压稳定要求所需的并联电容容量最小值.算例结果表明线路电阻和负荷数量的增加均会使得传输功率极限上升,但在重载下可能会出现大截面导线无法满足系统受端电压稳定要求的情况,需要再并联一定容量的电容.     

基于电容电荷平衡的Boost型变换器控制研究

针对Boost型功率变换器的常规控制算法存在系统带宽较窄、动态响应缓慢等问题,基于电容电荷平衡原理提出一种新的非线性控制方案。该控制方案采用线性/非线性相结合的复合控制方法,当Boost变换器工作在稳态时采用传统的电压模式控制算法,而当负载电流发生跃变时,则采用非线性控制算法,通过电容电荷平衡控制计算开关管开通和关断的切换时间,从而保证Boost变换器获得最佳的动态性能。对自制的样机进行仿真验证和实验研究,结果表明,该方案能明显改善Boost型DC/DC变换器的超调量、调节时间等动态性能。     

频率匹配对谐振无线电能传输效率的影响

基于共振耦合式无线电能传输机理和数学模型,对无线电能传输发送端与接收端谐振频率的测量与调整进行了研究,结合Matlab仿真和实际实验操作,研究了在固定距离下两线圈组成的系统电能传输效率与工作频率的关系,研究并比较在不同耦合系数k值条件下两端谐振点频率未匹配和匹配情况下电能传输效率.研究表明不同k值情况下电能传输效率与工作频率的关系曲线存在差异,在相同的k值条件下两端谐振点频率匹配时比两端谐振点频率不匹配时表现出更高的电能传输效率.对于远距离电能传输,即在k值较小的情况下,调节两端谐振点至频率匹配时将有效提高传输效率.     

并联谐振型非接触供电平台的频率控制与设计

由于非接触ICPT存在器件老化、温度变化、负载变动等问题,将引起系统谐振频率改变,影响系统零电压开关(ZVS)的实现以及功率传输能力.以并联谐振型非接触供电平台为研究对象,采用双闭环控制回路控制非线性可变电感控制频率的新颖方法,并通过巧妙的电路参数的选择,实现了非接触供电平台在给定谐振频率下的稳定控制.理论推导与实验结果均证实了方案的可行性.     

海洋浮标感应耦合电能传输系统频率分裂特性及最大功率点分析

为探究感应耦合电能传输（ICPT）系统中的频率偏移是否会对系统的最大输出功率产生影响,综合考虑线圈谐振频率、耦合系数,通过建立互感模型对基于海洋浮标的ICPT系统的频率分裂现象进行分析,选择输出功率作为重点研究对象,推导出在ICPT系统中输出功率与耦合系数,工作频率之间的关系表达式. 通过数值分析研究耦合系数、工作频率对频率分裂影响的一般化关系,并通过实验验证其结论. 结果表明：对线圈之间的耦合系数进行匹配,可以避免系统发生频率分裂,且在固有谐振频率处输出功率和效率达到最大值;若系统耦合系数固定,通过调整工作频率,可以使系统传输性能达到最优.     

磁芯结构对松耦合变压器耦合系数的影响

感应耦合电能传输(ICPT)系统中松耦合变压器磁芯的性能对电能传输效率具有重要影响,磁芯的结构与变压器的耦合系数密切相关。分析了ICPT系统传输效率的影响因素,阐述了耦合系数与串联型补偿电路输出效率的关系。采用E型、ZY型、HQ型3种不同结构的铁氧体磁芯进行耦合系数的对比实验,实验过程中,保持交流电源频率、原边电感、副边电感、气隙间距不变。实验结果表明:不同结构的磁芯耦合系数并不相同。因此,为了提高ICPT系统的传输效率,需要通过实验确定合适的磁芯。     

高能效导轨式ICPT系统分布式磁路机构研究

针对传统导轨式感应耦合电能传输(ICPT)系统主要通过提高输入电压,增大磁芯容量来提高系统的传输功率和效率存在的弊端,提出了一种新型导轨式ICPT系统分布式磁路机构:通过采用原边磁能发射机构分布式并联、副边磁能拾取机构分布式串联模式,实现了系统能效特性的总体提升。建立新型拓扑结构等效电路模型,给出了系统能效特性计算方法,并分析了最大功率传输条件。理论分析结果表明,在新型磁路结构下,系统最大功率传输能力为传统磁路机构的3倍,总体效率也得到了很大提升。最后,通过实验验证了新型磁路结构的有效性以及理论分析方法的正确性。     

中等传输距离下的无线功率传输链路第1部分:实现工作状态最优化

中程无线功率传输(WPT)可以采用几种不同的方式实现,如通过电感或电容耦合、谐振或非谐振网络实现.本文主要研究了通过感应耦合谐振器实现的WPT链路,而且只着重研究了利用2个谐振器的链路(直接链路)并工作在主谐振频率下的情况.研究结果表明,当工作在主谐振频率下,可以根据网络参数来对传输效率或负载功率进行优化.     

自主移动机器人的非接触充电模式

自主移动机器人在无人值守的情况下采用非接触供电方式获取电能是合适的。提出了采用最大电流作为判断非接触供电系统是否处于谐振状态的依据。采用固定激励电源频率与动态调节电路无功器件参数相结合的方法进行自适应调谐。激励电源保持较高的固定工作频率,根据最大电流原则,系统自动调节原边和副边电路的补偿电容值,使系统重新回归谐振状态。另外,机器人在充电时,需要较高的定位精度,利用辅助传感器可以减小定位误差,提高供电效率。     

双定子直线振荡电机工作特性分析

为了确保一种用于直驱压缩机的双定子直线振荡电机获得良好的工作性能,在数学模型基础上推导出功率因数及效率的表达公式,并结合仿真分析及矢量图的方式分析了在实际工作条件下气体力负载、驱动频率与电机性能指标如功率因数、效率之间的关系.在此基础上,对于电机的最佳工作点进行分析,相应的实验结果证实了理论分析的正确性.实验结果显示,系统机械谐振点及功率因数最大值点会随气体力负载变化而变化,电机在机械谐振点运行时可获得效率最大值和较高的功率因数.     

半桥LLC谐振倍压变换器的混合式控制策略

为了提升LLC谐振倍压变换器在全负载范围内的效率,提出了一种采用频率调制(FM)模式和burst模式的混合式控制策略。变换器满载工作时采用FM控制以获得较高的效率,当负载较轻时采用burst模式以减小轻载条件下的损耗。分析了混合式控制策略的工作模式和实现方法,采用谐振电流参与控制的方法实现了burst期间内开关管的零电压开关,通过减小burst模式的周期降低了输出纹波的幅度。实验结果证明了所提混合式控制策略的可行性,变换器在各工作状态下均能达到较高的效率。     

感应加热谐振电路新拓扑模型研究

为了降低电压型逆变器在高频感应加热电源应用中功率器件上的电流和功耗，提出了一种适用于高频大功率感应加热的新型电感-电感-电容（LLC）谐振拓扑。在拓扑中增加电感，使电源和负载隔离，通过调节负载电流大小来降低功率器件上的功耗；同时去掉高频功率匹配变压器，减小电源的体积和重量，并提高电源效率。给出了该拓扑的谐振特性和各参数设计准则，并根据拓扑特性和系统要求设计了新的锁相环（PLL）控制系统。仿真和实验结果表明，这种拓扑相对于传统的谐振拓扑更能满足高频大功率应用环境的要求。