基于图示法和根轨迹法的CPT系统频率稳定性分析

针对CPT系统4种常见补偿模式等效拓扑,推导建立了一次侧谐振频率与负载的关系模型,基于图示法和根轨迹法,对系统频率随负载变化的情况进行了讨论分析,形象地描述了一次侧谐振频率与拾取端负载及一、二次侧品质因数的内在联系,并进一步探讨了在Q_S(二次侧品质因数)一定的情况下,3种Q_P(一次侧品质因数)的获取方法。     

CPT系统输出电压主动控制技术

针对CPT(Contactless Power Transfer)系统负载切换时造成输出电压不稳定问题,分析了CPT系统输出电压调压方法,提出了通过调节输入电压来控制输出电压的主动控制方法.通过分析及数学推导,建立了拾取电路的等效电路模型以及CPT系统电路的阻抗模型,进而建立了输入电压与输出电压的关系模型,通过实验验证...     

Buck变换器的全扰动观测补偿策略

无人驾驶船舶的服务器供电变换器在重载下容易引起输入滤波器谐振.分析了Buck变换器动态能量回馈引起谐振的作用机理,提出了一种基于全扰动观测补偿的电压振荡抑制策略.根据Buck变换器的输出电压、电感电流和占空比计算输入电压和负载电流的扰动量,并通过带通滤波器前馈到电流环中,改变Buck变换器在谐振频率附近的输入输出阻抗....     

LCL型有源电力滤波器的强鲁棒性控制器优化设计

LCL型有源电力滤波器能有效补偿电网谐波,但LCL型滤波器存在谐振问题,电容电流比例反馈有源阻尼是抑制LCL谐振的主要方式。然而,在数字控制下,谐振频率会随电网阻抗变化,导致反馈系数选取困难。针对该问题,研究了适应电网阻抗宽范围变化的反馈系数选取方法,推导不同反馈系数和谐振频率下的系统稳定条件,优化设计适应电网阻抗变化的反馈系数。此外,随着电网阻抗增加,LCL谐振频率减小,系统带宽变窄,有源电力滤波器采用传统准PR控制补偿高次谐波时,系统相频曲线在控制器谐振点容易穿越-180o线,导致系统不稳定。提出加入相位补偿环节以提升控制器增益处相角,并给出详细设计方法。理论分析表明,所提强鲁棒性控制器优化设计方法,可使有源电力滤波器在保证良好谐波补偿能力的同时具有更宽的稳定运行范围。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

零电压双LLC谐振软开关超高频感应加热电源变换器

提出了一种用于超高频感应加热电源的双LLC谐振槽路的零电压谐振开关变换器.这种新型的拓扑结构能够吸收电路中杂散分布电感和器件内部的寄生电容,开关器件工作于零电压软开关模式,解决了一般高频变换器中分布电感电容引起的电压电流振荡过冲高和开关损耗大的问题.另一方面,由于输入端引入了高频平波电感,使得变换器同时具有电压型和电流型逆变器的优点,两只开关的控制不需要死区时间的限制,因而更加适合于高频工作.本文分析了电路的工作原理,并给出了1MHz频率下电路工作的仿真与实验结果.     

LCL型逆变器接入弱电网下的谐振分析及抑制方法研究

光伏逆变器并联接入弱电网时,会与时变的电网阻抗产生交互耦合,影响系统稳定性,甚至引发谐波谐振问题。针对此问题,首先,本文建立了LCL型光伏逆变器并联系统的等效电路模型,利用阻抗分析法对弱电网条件下光伏逆变器并网系统的稳定性条件进行了分析,得出逆变器输出阻抗与电网阻抗在谐振频率处具有一定的相角裕度才能使系统稳定运行的结论;其次,提出一种电网电压前馈附加相位超前补偿的控制策略,该策略能够适应不同电网阻抗的接入条件,使系统在谐振频率处具有一定的相角裕度,避免谐振的发生;最后,通过仿真和实验验证了所提出的谐振抑制策略的有效性。     

一种改进的静止同步补偿器

提出一种改进的静止同步补偿器,通过在补偿器和系统之间串入谐振于系统基波频率的谐振电感电容组,提高连接阻抗对输出电压中谐波的滤除能力,从而达到提高补偿电流波形品质的目的。对串入电感电容谐振组后补偿器原理进行分析,并对谐振组的电感电容选取进行了讨论。利用Matlab建立物理模型对改进静止同步补偿器进行仿真研究,仿真结果验证了改进的静止同步补偿器能够有效性的进行无功功率补偿。     

基于MMC的多端直流输电系统阻抗频率特性研究

文章研究了基于模块化多电平换流器的多端直流输电(modular multilevel converter-multi-terminal direct current,M M C-M TDC)系统在交流系统背景谐波作用下的频率响应特性。首先,分析了基于M M C的多端直流输电系统的阻抗频率特性,说明交流背景谐波引起直流网络谐振的原因。其次,分析了平波电抗器的电感值大小与基于M M C的多端直流输电系统的谐振频率之间的关系,可作为合理选择平波电抗器的依据,以避免直流网络在交流谐波互补频率处发生谐振。最后,通过在PSCAD中搭建基于MMC的4端直流输电系统仿真模型,验证了理论分析结果以及直流网络谐振频率和平波电感之间的关系。仿真结果验证了理论分析的正确性,并表明可以通过调节平波电感值来改变直流网络的谐振频率,以避免交流系统背景谐波引起直流网络的谐振。     

基于Π-S复合谐振的ECPT系统及其调谐控制

电场耦合型无线电能传输技术是一种以高频电场作为能量介质的无线电能传输方式。为解决耦合机构的高压激励需求与高频电能变换环节中开关管的低压需求之间相互制约的矛盾,提出一种发射端采用Π-CLC谐振电路,拾取端采用S型串联补偿的Π-S型电路拓扑。在分析Π-CLC谐振电路特性的基础上,给出具有发射极板间电压泵升效果的谐振电路参数配置方法,并针对传输距离变化引起的系统传输性能下降的问题,提出一种基于相控电感的无级调谐方法。可实现传输距离在1~5mm范围内变化时系统始终工作在谐振状态,提高了系统的功率因数和稳定性。仿真和实验结果验证了所提出的电路拓扑及调谐方法的有效性和正确性。     

非接触电能传输(CPT)系统频率分裂现象分析

非接触电能传输(Contactless Power Transfer,CPT)系统在工作过程中会出现频率分裂现象。论文以串联补偿的CPT系统为研究对象对系统进行建模分析,推导出了CPT系统中重要参数的方程表达式并选择负载电压作为重点研究对象。数值分析和实验结果表明,负载电压和负载功率在过耦合区内(k>kcritical)会分裂出两道脊,CPT系统工作在谐振频率(f0)和关键点(kcritical)时可以获得最大的负载电压和负载功率。     

采用三维偶极线圈的无线电能传输系统多自由度拾取机构

无线电能传输系统拾取机构相对于发射机构的方向性比较敏感,拾取机构的角度变化将会极大影响系统的能效特性。为实现无线电能的多自由度拾取,文中提出一种采用三维偶极线圈的无线电能系统多自由度拾取机构,对拾取机构多自由运动时的磁路进行了分析,引出拾取线圈输出组合方式的讨论;选取整流后串联模式搭建了三维偶极拾取线圈的等效电路模型,以拾取最大功率及输出平稳性为优化目标,对偶极线圈的匝数进行了优化。用COMSOL进行有限元分析,得出三维正交偶极线圈比三维正交环形线圈具有更高的功率密度的结论。实验结果表明:拾取机构任意旋转下,输出电压较为稳定且输出功率维持在10 W以上。     

电动汽车非接触充电器中移相变频控制策略的研究

与传统接触式充电相比,非接触充电为电动汽车充电提供了更加安全方便的充电方式。但非接触充电中的磁耦合变压器工作于松耦合状态,存在较大的漏感,为了确保传输功率和降低功率器件的定额,通常要在原边或/和副边采用补偿网络,这使得系统成为高阶系统,控制难度加大。传统的控制方式有恒频PWM控制和变频PFM控制。恒频PWM易丢失软开关条件,影响变换效率。变频控制在宽负载范围、变参数条件下也存在一些不足。提出频率跟踪和移相策略相结合的控制方案,使用频率跟踪来保证系统工作在最佳频率,使用移相控制获得稳定的输出电压,对该方案进行了仿真分析,并设计了一台1kW基于数字控制全桥非接触电动汽车充电器样机,实验结果验证了所提出控制策略的可行性与正确性。     

基于线圈定位与电容阵列的感应式无线电能传输系统调谐控制

在实际应用中,感应式无线电能传输系统通常存在耦合线圈错位的复杂工况,影响系统的传输功率和效率。基于线圈定位与电容阵列提出一种适于S/SP补偿网络的调谐控制策略,在错位失谐工况下,主动利用原、副边线圈的位置信息,优化系统特性。为了量化系统的输出电压波动,建立了S/SP补偿网络在全工况下电压增益曲线的计算模型。进而为确保错位工况下系统的恒压输出特性,在给定的耦合系数变化范围和输出电压波动指标内,给出了电容阵列切换级数和容值调节步长的最优设计,并与传统定电容补偿进行对比。最后,通过一台800 W输出的原理样机对所提策略的有效性进行验证。验证结果表明,采用所提调谐控制策略,可以显著提高系统的输出功率与效率,并大幅降低其输出电压波动。     

Circuit Analysis and Characterization of Contactless Power Transfer System with Variable Impedance

A contactless power transfer system using a repeater coil (repeater Coil topology) has been proposed as a method of suppressing overcurrent without power control during misalignment or no‐load. By installing a repeater coil between the primary and secondary coils, it is possible to increase the input impedance in the case of misalignment of the secondary coil or no‐load condition. In addition, another contactless power transfer system using primary parallel and secondary series resonance capacitors (PS capacitor topology) has been proposed. In the PS capacitor topology, the input impedance can be increased during misalignment of the secondary coil or no‐load condition similar to the repeater coil topology. In this paper, we evaluated the characteristics of both these topologies. First, we conducted a circuit analysis of the repeater coil topology and proposed a design method. In addition, we theoretically clarified the characteristic difference of the two topologies and experimentally evaluated the characteristics.     

具有可变增益恒压特性的三线圈WPT系统补偿网络结构及参数确定新方法

含有中继线圈的三线圈无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统可以提高系统的传输距离和传输效率。文章基于耦合电感模型分析,并建立传统串联/串联/串联(series/series/series,S/S/S)补偿结构的三线圈磁耦合系统数学模型,但该数学模型不够直观,不易对磁耦合系统除自感谐振式外的其他补偿参数确定方法进行分析。因此,提出利用变压器T网络模型进行三线圈磁耦合系统建模的新方法。基于所获得的解耦电路模型和等效漏感补偿理论,确定串联/串联/串联-并联(series/series/series-parallel,S/S/SP)、并联/串联/串联(parallel/series/series,P/S/S)、并联/串联/串联-并联(parallel/series/series-parallel, P/S/SP)补偿结构,提出S/S/S、S/S/SP、P/S/S、P/S/SP补偿结构的参数确定方法。所提方法在磁耦合系统不变的情况下,通过补偿电容及等效变比的设计,获得可变增益恒压的输出特性。该方法电路模型简单,设计思路清晰,参数选择灵活,有助于拓宽输出电压增益范围。     

一种最小电压跟踪的感应电能传输系统调频调谐方法

感应电能传输(IPT)系统在进行电能传输的过程中,系统负载受到外部环境以及系统不同工况的影响而发生变化,进而导致一次侧回路等效阻抗发生变化,并且一次侧回路等效阻抗的变化量难以用准确的数学表达式表示。这种情况导致IPT系统一次侧回路不谐振,逆变器工作在非软开关状态,增大了一次侧电源的容量。为解决这一问题,以基于串联-并联补偿的一次侧恒流的IPT系统为研究对象,分析系统一次侧谐振状态受二次侧整流性负载影响的原因,采用一种最小电压跟踪的调频调谐方法,以实时检测的当前降压直-直变换器输出电压值为反馈量,控制逆变器的输出电压频率,通过不断跟踪降压直-直变换器输出的电压的最小值,使系统一次侧回路恢复到谐振状态。实验结果表明,所采用的方法能够有效地恢复一次侧回路的谐振状态,降低了一次侧电源的容量需求,使逆变器工作在软开关状态。     

适用于非接触电能传输系统的新型AC/DC/AC变换器

提出了基于串联谐振、适用于非接触电能传输系统的新型AC/DC/AC高频变换器,避免了由于传统AC/DC/AC高频变换器中存在直流滤波和调压环节所带来的缺陷,降低了二次回路输出正弦电压的控制难度。介绍了该变换器的电路拓扑结构和工作原理,分析了系统的控制模式,对不同工作模态进行了建模分析,并用仿真和实验结果证明了分析的正确性。     

新型恒定一次侧电流无接触电能传输系统的建模与优化

提出一种新型无接触式感应耦合电能传输系统(inductively coupled power transfer,ICPT),系统一次侧线圈与电感/电容/电容所组成的谐振槽谐振、二次侧线圈与补偿电容并联谐振。利用互感理论,分别建立相互分离的原边等效电路模型和负载等效电路模型,采用正弦交流分析法对其等效电路模型进行分析,获得谐振槽电容及电感元件的参数计算公式,导出系统向负载传输功率及输出电压的计算表达式,并对谐振槽元件参数进行优化设计, 以便减小装置体积, 降低成本。额定频率下系统一次侧线圈电流保持恒定而与负载大小无关,保证电能由电源向负载的稳定传输。同时谐振槽输入电流随负载的减小而减小,提高系统的部分负载能效值。PSpice仿真实验验证该系统的上述优点。     

Noncontact energy transfer system using immittance converter

Noncontact energy transfer systems are widely used in industrial material handling systems. This paper proposes a new noncontact energy transfer system using a tuned pickup coil and an immitance converter inductively coupled to a parallel transmission line excited by a high‐frequency constant‐current source. In a noncontact energy transfer system which supplies continuous energy to movers by electromagnetic induction, the efficiency is low owing to low excitation impedance because of the wide air gap of the magnetic core in the pickup coil. The excitation impedance can be increased by the resonance with a capacitor connected parallel to the pickup coil. The resonant pickup coil works as a high‐frequency constant‐current source for the load. We propose using an immittance converter to transform the high‐frequency constant‐current source into a high‐frequency constant‐voltage source. Then, the high‐frequency constant‐voltage source is rectified into a constant‐voltage dc source, and supplies power to an inverter for motor driving. In this paper, the configuration of this new noncontact energy transfer system and its characteristics are described. The experimental results and simulation waveforms are also described. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 136(4): 58–64, 2001