永磁无刷直流电机的电磁耦合器优化控制研究

永磁无刷直流电机的电磁耦合器是实现感应电能传输的重要器件,通过对电磁耦合器的优化控制设计,提高电磁耦合器的稳定性和输出增益。提出一种基于优化粒子群算法的电磁耦合器优化控制方法,首先进行了永磁无刷直流电机的电磁耦合器的等效电路设计,构建电磁耦合器控制的约束参量模型,以输出电压增益、功率损耗与效率为约束参量构建控制目标函数,实现控制算法的改进,进行了永磁无刷直流电机的电磁耦合器的优化设计。仿真实验结果表明,能有效提高永磁无刷直流电机的电磁耦合的输出稳定性,电机输出的电流增益、电压增益与输出效率高于传统方法,展示了较好的应用价值。     

基于RFID技术的嵌入式充电桩电磁耦合器设计

嵌入式充电桩电磁耦合器是实现充电桩的感应电能智能控制和传输的重要部件,设计充电桩设计的核心。通过对电磁耦合器的优化控制设计提高充电桩电能输入输出的稳定性。提出基于RFID技术的嵌入式充电桩电磁耦合器设计方法,进行嵌入式充电桩的充电原理分析和系统的总体设计描述。在平板式电磁耦合器基础上构建嵌入式充电桩电磁耦合器电能传输的拓扑结构,基于RFID无线射频识别技术进行嵌入式充电桩电磁耦合器的电路集成设计,采用自适应加权耦合控制进行嵌入式充电桩电磁耦合约束参量的优化控制,提高输出性能。实验结果表明,该系统具有较好的智能充电控制能力,对电动汽车的充电效率较高,提高了智能充电桩的电能传输效率。     

电磁耦合器矢量控制优化方法的研究

电磁耦合器矢量控制过程中对永磁同步电机耦合器的稳定性要求较高,一般的矢量控制很难满足要求,需要进行矢量优化控制。提出一种基于多目标粒子群优化的永磁同步电机的矢量控制优化算法,设计电磁耦合器和感应电能传输电路,构建控制参数约束模型,在控制目标函数中加入权重系数,通过控制不同目标的重要性,从而得到经过多目标粒子群优化后的目标函数,实现矢量控制优化,进行永磁同步电机的磁场分布仿真和电机效率仿真测试。仿真结果表明,采用该矢量控制方法进行永磁同步电机优化设计,提高对永磁同步电机漏感和励磁电感的计算精度,优化电机的电能传输效率,电磁耦合器可以在较大的负载范围内实现稳定的电压输出,具有较高的应用价值。     

可实现效率提升的一种水下无线充电系统研究*

为了提高水下航行器的充电便捷性,水下无线充电系统得到发展,但同时水下无线充电技术仍然存在充电传输效率较低、传输功率较低的问题。而充电传输效率和功率与补偿网络的选取和耦合器的形状、参数等相关,因此实现对补偿网络和耦合器的优化对于无线充电系统传输效率和功率的提升有重要意义。首先,对磁感应耦合式无线充电电路中补偿网络选用原边串联-副边并联补偿方式,对传输功率、效率进行理论推导和分析。其次,对耦合器的尺寸结构进行仿真建模,得到参数符合的耦合器。在此基础上,建立水下无线充电仿真系统进行仿真,得到仿真参数。最后,进行器件选取和驱动电路、原副边电路PCB板的设计制作,进而搭建了一台无线充电系统样机平台进行实验,并得到实验结论。     

基于螺旋平面线圈的感应电能传输技术研究

提出了一种适用于电动感应电能传输的螺旋平面线圈,以解决充电距离过小和对停车位置要求过高的问题。由线圈的几何参数得到耦合系数,同时使用工作在稍高于谐振点的等效LLC串联谐振逆变装置,进行松耦合状态下的补偿。通过理论分析,建立了包含输出调节特性的封闭方程组,试验结果验证了理论分析模型的准确性,并以此为基础设计耦合器参数。实验结果表明,螺旋平面线圈电磁耦合器具有较高的充电效率和稳定的充电电压。     

基于内部能量管理和外部路径规划协同的水下无人航行器能耗优化

为减少水下无人航行器的出力,本文创造性地提出搭乘海流的方法,并在此基础上,以航速-功率曲线为耦合变量,建立了一种内部能量管理层和外部路径规划层协同的水下无人航行器能耗优化策略.内部能量管理层根据等效氢耗理论为2套燃料电堆和蓄电池分配输出功率,使得水下无人航行器在不同需求功率下的等效瞬时氢耗最小.外部路径规划层考虑搭乘海流的可能性,使用A?算法选择搭乘海流的切入点和切出点,同时优化航速,使得水下无人航行器在起始点之间航行需要的等效氢耗最小.仿真结果表明,为充分利用海流的流场,水下无人航行器选择性地搭乘海流;同时,本文所提协同优化策略能够有效减少其30.08％的所需等效氢耗.     

感应电能传输系统电磁机构带通滤波特性建模分析

在感应式电能传输系统中,能量发射装置及能量接收装置共同组成的电磁机构担负着将电源侧的电能无线传输给负载侧的重任,直接决定了传能系统能量传输的大小及效率,需要对其进行系统的建模分析及设计优化。借助感应式传能系统电磁机构工作于双边电路谐振时自身固有的带通滤波特性,采用传统带通滤波器的建模及分析方式,对感应式传能系统电磁机构进行较为深入的研究,在建立等效电路模型之后,分析其原、副边电压增益的传递函数,得出对于构型一定的发射及接收装置在不同耦合条件下的带通滤波特性,并据此为感应式传能系统电磁机构的设计及优化提供方法及指导。     

海流冲击对IPT系统互感系数及传输性能影响研究

海洋复杂的洋流运动冲击会使耦合器初级侧、次级侧线圈相对位置发生变化，导致初级侧线圈与次级侧线圈互感发生变化，对感应电能传输(IPT)系统的传输性能造成影响。研究了海流冲击下IPT系统耦合线圈错位对传输性能的影响，建立了IPT系统耦合线圈的有限元模型，通过实验验证了在一侧耦合线圈发生横向、轴向及有角度的偏转时IPT系统的输出电压、电流以及输出功率、传输效率的变化。     

旋转式无线充电系统损耗及温度研究

电磁耦合器是实现无线电能传输(WPT)技术的核心组件,其性能和工作温度决定了系统运行的传输效率与使用寿命。为此以强抗偏移性的旋转式电磁耦合器为研究对象,分析和计算了非正弦激励下磁场及损耗分布,通过建立自然对流下计及温度效应的多物理场耦合模型,实现对电磁耦合器温度的精确计算。实验结果验证了理论分析的正确性,通过仿真得到的温升分布规律能较准确展示实际情况,为旋转式电磁耦合器的散热设计提供理论依据。     

水下磁耦合式无线电能传输系统建模与分析

针对水下无线电能传输系统的数据采集与信息处理开展了系统研究。对于水下的无线电能传输系统，考虑到了复杂多变的水下环境对电能和信息传输产生一定程度的影响。海洋环境会受到温度、压力等一些环境因素的扰动，因此水下电能传输的介质具有不确定性，会对电能发送端和电能接收端的电磁场耦合产生影响，影响到水下无线电能传输的稳定性，导致海水中的无线电能传输系统的传输功率和传输效率发生改变。为此需要对水下的海洋环境信息进行实时采集，并分析对水下无线电能传输系统的电路参数和传输效率产生的影响。搭建了基于多种传感器的信息搜集与处理系统从而实现实时海洋数据采集，有效解决了水下数据的获取问题，提高了数据采集和数据处理效率。研究了海水的相对磁导率、电导率以及相对介电常数等系统信息和能量传输的影响规律，重点分析了温度和压力对无线电能传输的影响。     

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。     

基于变结构模式的宽负载恒压感应耦合电能传输系统

为解决感应耦合电能传输(ICPT)系统受扰动和负载电阻变化较大情况下电压不稳定问题,研究了两种类型拓扑结构的能效关系,分析了并联—串联(PS)和串联—串联(SS)型拓扑结构的输出电压、输出功率、输出效率和频率稳定性以及负载适应能力。基于变结构模式给出了对于不同类型负载,应用不同拓扑结构的方案。对切换条件进行了详细分析,给出了保证切换安全有效的方案。为了验证变结构模式的有效性,采用两种差距极大的负载,分别在电压型和电流型ICPT系统下测量其输出电压。实验结果表明,变补偿结构模式适用于ICPT系统的宽负载恒压控制。     

水下旋转式磁耦合机构谐振参数匹配方法

无线电能传输(WPT)技术因其采用非接触式能量传递形式,将有望解决自主水下航行器(AUV)直接插拔式充电过程中存在的漏水漏电等问题。但作为核心部件的松耦合变压器(LCT),其水下气隙中的相对介电常数增加导致分布电容增大,采用常规空气中谐振匹配方法会造成系统失谐,影响WPT系统传输性能。因此在建模过程中引入了分布电容,重点研究其对水下WPT系统传输特性及稳定性的影响,给出了适用于水下的谐振参数匹配原则。最后搭建了一套WPT系统实验平台,实验结果验证了理论分析的正确性,具有一定的工程应用价值。     

基于电压增益动态切换的无线充电控制方法

针对电动汽车应用的无线电能传输技术具有安全可靠、充电便捷等优点.对于宽输出电压范围的电路拓扑,针对其采用传统控制方法在低电压增益下效率通常较低的问题,提出了一种基于电压增益动态切换的感应式无线电能传输(IPT)系统控制方法.该方法通过动态调整一个控制周期内不同电压增益模态的占空比来控制高频逆变器输出到谐振腔的有功功率,从而实现系统在宽电压增益范围内的稳定控制,拓展负载的调节范围.由于该方法在谐振频率下工作,因此可以实现低电压增益下初级逆变器的软开关.在此首先针对变压器初级串联型补偿、次级LCL型补偿的电路拓扑进行系统建模,在此基础上对电路不同的电压增益模态进行分析,详细介绍了电压增益动态切换的控制方法,并对系统的软开关条件进行理论计算.最后搭建了1 kW无线电能传输实验平台,通过实验结果验证了在不同负载条件下的输出稳压及软开关的特性.     

海洋浮标非接触电能传输电磁耦合器设计

海洋浮标是海洋监测系统的重要环节,而电能供给问题是海洋浮标系统能否实现对海洋环境实时监测的关键,为了解决海洋浮标系统供电难的问题,提出一种基于电磁耦合原理的非接触电能传输系统的新结构。该结构将固定海洋浮标用的钢缆和传输电能用的电缆分开,用一个和钢缆线平行的电缆环专门用于电能传输。并对电能传输系统的核心部件电磁耦合器进行了设计,选择了磁芯的材料,并利用磁芯几何常数对磁芯的结构参数进行了计算,确定了磁芯的型号,最后计算了绕组匝数。实验表明,系统传输功率达到了22.8 W,总体效率57%,实现了非接触电能的小功率传输,对解决海洋浮标的电能供给问题具有一定的实际意义。     

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.     

参数扰动下感应电能传输系统改进型鲁棒控制

感应电能传输(inductive power transfer,IPT)技术应用于移动负载供电时,由于其能量传输的方向性限制,不可避免的振动、偏转等机械扰动容易导致系统传输功率的不稳定。主要针对移动负载供电时外部扰动带来的互感扰动问题,设计了一种适用于参数动态扰动下的IPT系统改进型鲁棒控制方法。借助线性分式变换,结合标称IPT系统广义状态空间平均模型及其参数的扰动特征,用含摄动反馈的线性动力学模型表征系统扰动模型;同时跟据广义混合灵敏度指标,计算基于系统扰动模型及目标传递函数的改进型H_∞鲁棒控制器;仿真及实验结果表明,所设计的鲁棒控制策略具有对输出电压的快速跟踪控制能力,且对参数扰动影响具有较好的抑制作用。     

一种采用测量线圈技术的感应电能传输系统调频调谐方法研究

为解决谐振参数容差导致感应电能传输系统失谐现象,该文采用在原边线圈并绕测量线圈的技术,以原边回路电流与测量线圈电路电压进行矢量运算得到的两者相位差为反馈量,间接获得副边回路的谐振状态,通过控制逆变器的输出电压频率,使副边回路恢复谐振状态,增大副边回路中负载的电压增益和系统输出功率,达到提高系统的电能传输效率的目的。实验结果表明,所采用的方法能够有效使副边回路恢复谐振状态,增大副边回路中的负载电压和系统输出功率,提高系统的电能传输效率。相对于系统调频调谐前,在谐振参数容差导致副边回路呈感性的情况下,调频调谐后系统输出功率最大提升144.15W,传输效率最大提升1.21%;在谐振参数容差导致副边回路呈容性的情况下,调频调谐后系统输出功率最大提升245.49W,传输效率最大提升1.72%。     

用于水下航行器的铅铋堆S-CO_(2)循环发电系统热力学及动态特性分析EI北大核心CSCD

将铅铋堆与超临界二氧化碳(supercriticalcarbon dioxidecycle,S-CO_(2))循环相结合的发电系统可为水下航行器稳定、高效供能。然而,目前缺乏水下航行器与铅铋堆S-CO_(2)循环发电系统的匹配设计研究,其热力学分析仍不完善。因此,该文分别构建其热力学模型和动态模型,通过模拟仿真,开展发电系统与4种动力循环形式的匹配研究,发现简单回热循环与铅铋合金的温度匹配性较好,系统热效率在压缩机和透平入口压力分别为7.6和25MPa时达到26.81%,满足系统设计要求。进一步探讨循环关键运行参数对系统热力学性能的影响规律,结果表明,增大循环最高压力和最高温度有利于系统效率的提升。基于此,进行系统关键换热部件的设计,揭示发电系统在温度阶跃扰动条件下的动态响应特性。可知,当堆芯铅铋温度从410℃降至390℃时,循环效率在大约8s内下降1.69%。该文可为应用于水下航行器的铅铋堆超临界二氧化碳循环发电系统设计提供参考。     

补偿参数对串/串补偿型无线电能传输系统特性的影响分析

以串/串补偿型无线电能传输(S/S-WPT)系统为研究对象,为了给补偿电容参数的优化选择提供一定的指导,基于变压器T模型等效电路对S/S-WPT系统进行建模分析,得到了系统实现输出恒压时补偿电容参数需满足的约束条件。在该约束条件下,进一步分析补偿电容参数对输入阻抗、输出电压增益和系统效率的影响,并得出了输入阻抗为感性的条件、输出电压增益的调节方法以及系统效率的优化途径。实验结果验证了理论分析的正确性。