饱和电抗器LCL补偿感应式无线电能 传输系统谐波特性分析

针对LCL-S拓扑补偿的感应式无线电能传输系统,分析其频率分叉特性,获得了次谐振点频率的特点。通过设计感应耦合功率传输(ICPT)系统的参数能够消除频率分叉,提高系统的稳定性。得到了一般固有谐振点工作时,系统的输出功率较次谐振点的输出功率低的结论。为提高ICPT系统的可控能力,提出一种一次侧采用直流可控饱和电抗器的LC复合谐振网络的ICPT电路,基于互感模型和电路理论,详细分析输出电压的特点。以方波脉冲作为系统电源,饱和电抗器产生的高次谐波电流经过补偿网络能够传输到负载,提高系统传输功率。利用有限元软件建立饱和电抗器模型进行仿真,搭建实物样机系统进行实验,仿真结果和实验验证了理论分析的正确性。     

SS型无线能量传输系统参数优化

针对无接触电能传输系统的性能优化问题,以串串(SS)型补偿拓扑为例分析了系统谐振频率和初、次级互感值对无接触电能传输系统性能的影响,并计算出满足最大传输功率、最大传输效率的相应参数取值;针对采用SS型补偿拓扑的感应耦合电能传输(ICPT)系统存在电容电压应力较大问题,引入电压应力系数,综合系统传输功率、传输效率,提出一种新型系统性能优化指标。系统在满足输出功率基础上,该指标还考虑到传输效率、电容电压应力、可靠性等。以此对ICPT系统的参数进行优化设计,在满足输出功率的基础上,相比最大能效积优化具有更高的传输效率及较小的初级电流应力。最后,通过仿真和实验证实了此处所提方法对优化ICPT性能的有效性。     

动态负载ICPT系统稳频稳压特性研究

为保证感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统在动态负载工作模式下频率和输出电压的稳定性,提出一种通过对ICPT系统谐振耦合拓扑机构优化选型,并对系统参数进行优化设计,从而实现系统稳频稳压(stable frequency stable voltage,SFSV)输出的新方法。通过对系统谐振网络等效电路进行分析,给出动态负载工作模式下ICPT系统谐振耦合机构优化选型依据,并给出系统谐振耦合环节参数优化设计步骤和方法。最后,通过实验验证理论分析的正确性。     

感应耦合电能传输系统中能量与信号反向同步传输技术

针对感应耦合电能传输(ICPT)系统电能与信号同步传输方法中信号反向传输的优化问题,在深入分析已有文献的基础上,采用信号并联注入、串联拾取的能量信号反向同步传输拓扑,并提出其参数设计方法。该拓扑充分将ICPT系统的谐振电感考虑到载波信号发射电路中,增强信号发射强度;通过LC谐振回路的选频滤波及放大作用提升信号接收强度;同时,基于交流阻抗分析法对拓扑参数进行了建模分析和优化设计。最后,通过仿真和实验验证了拓扑及参数设计方法的可靠性与有效性。     

基于高偏移阈值的补偿感应耦合电能系统传输特性分析

在传统感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统拓扑中,系统谐振频率的漂移会引起耦合效率的下降。针对该问题,本文提出一种新型的基于PSS(原边采用并联串联补偿,副边采用串联补偿)补偿的ICPT系统拓扑。对其电路模型进行了分析和建模,得出不同品质因数下,补偿系统的电压、电流增益、传输效率的特性曲线,该补偿拓扑具有较高的补偿因数;分析了系统中补偿系数对谐振元件电压电流的应力影响,选取合适的补偿系数以降低系统的设计成本。最后,设计了1台基于PSS补偿拓扑的ICPT系统样机,实验验证了对PSS补偿拓扑的特性分析。     

感应耦合电能传输系统互感耦合参数的分析与优化

针对感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统能效(传输功率和效率)优化问题,分析了互感耦合参数对4种典型拓扑结构ICPT系统能效的影响,并优化互感以提高系统的功率传输能力,同时,对优化得到的互感耦合参数的适用条件给出了限制;此外,针对原边采用串联补偿拓扑结构的ICPT系统在最大功率传输条件下,系统效率偏低的现象,提出一种新的系统综合评价指标。在满足系统输出功率的基础上,该指标综合考虑了系统效率、成本和可靠性等其他因素。通过在该指标下对系统的互感耦合参数进行优化,在满足功率传输的基础上,实现了ICPT系统的全局最优设计。最后,通过仿真和实验研究,证明了理论分析的正确性。     

基于改进粒子群算法的ICPT系统多约束多参数优化

针对影响感应耦合电能传输系统传输功率和效率因素众多,造成系统参数设计困难,效率优化计算复杂的问题,首先介绍ICPT系统设计模型及参数约束条件;接着,基于一种改进的求解有等式约束优化问题的粒子群优化算法,在有等式约束优化算法的基础上,引入收缩因子和变异算子,有效地提高算法的收敛速度和精度;然后,针对一个特定输出功率的ICPT系统,通过优化系统互感耦合系数、谐振频率、负载电阻等多个参数,最大限度地提高系统的效率;最后搭建仿真实验平台,对不同参数组合模式下的系统传输功率和效率进行比较分析,仿真结果验证了算法的有效性.     

感应耦合电能传输系统不同补偿拓扑的研究

比较了感应耦合电能传输(ICPT)系统的拓扑.讨论了ICPT系统中几种不同的补偿形式,包括单谐振补偿和多谐振补偿拓扑,并推导出匝比为1时每种拓扑的电压电流增益.为了最小化器件的电压电流应力和优化参数设计,介绍了谐振电路功率因数的概念.由分析结果及得到的曲线图可知,在单谐振补偿拓扑中,一次侧串联补偿与其余几种相比更能抵消漏感的影响.而几种多谐振补偿拓扑的效果则明显优于单谐振补偿拓扑.分析和比较了不同参数变化时的特性曲线,以便于进行电路设计.最后以一次、二次侧都进行并联补偿的一种电流型ICPT电路为例进行实验验证,以说明实际系统的性能.     

一种优化感应耦合电能传输系统参数的方法

研究了感应耦合电能传输(ICPT)系统,以串联补偿(SS)结构为例,分析了系统的电路和数学模型,提出使用Mathcad软件对其内部参数进行优化设计,以提高传输功率、效率和传递的距离。这种优化方法可以直观地找到适用于特定设计要求的优化点,以帮助设计出实际的ICPT系统,具有一定的普适性。以此为基础,提出了ICPT系统频率的优化方法,并制作了一个300 W的无线传能系统,距离为15 cm。无线电能传输部分效率在90%以上。实验结果证明了相关理论分析的合理性,以及优化方法的可靠性和普适性。     

感应耦合电能传输系统动态解谐传输功率控制

提出一种感应耦合电能传输(ICPT)系统的动态解谐传输功率控制方法.对相控电抗器进行动态切换,通过改变其导通延迟角来改变导通电流大小,使得ICPT系统的电能拾取侧谐振或解谐,在负载端获得稳定的输出电压,同时实现对传输功率的控制.导出了动态切换的相控电抗器的等效电感,分析了等效电感对输出电压及传输功率的控制作用.根据负载稳定时输出电压与导通延迟角之间的变化曲线获得了保持输出电压恒定的控制方法.相控可变电抗器实现了软开关动态切换,有效地降低了系统的功率损耗.利用该动态谐振/解谐控制方法,系统的最大功率传输性能得到了保证.计算机仿真结果验证了该方法的优良传输功率控制性能.     

基于LCC的磁谐振无线电能传输发射端补偿技术

为实现磁耦合谐振式无线电能传输系统最大化功率传输,提升整机效率,提出了一种基于LCC三阶补偿网络结构的保持发射端线圈电流恒定的方法,此方法不受接收端反射阻抗影响,实现了电磁感应式无线电能传输(ICPT)系统发射端与接收端解耦设计。同时,提出了LCC补偿网络的数学模型及其参数设计方法。在不增加元件的情况下,采用LCC网络的输入基波电流补偿LCC网络的输入高次谐波电流的方法,在功率管关断瞬间,降低通过功率管的电流瞬时值,实现了高频逆变器的零电流关断,减小了功率管的开关损耗和开关应力,提高了ICPT系统的整体效率。最后,对所提方法进行了仿真分析和实验验证。仿真和实验结果验证了所提模型和参数设计方法的正确性和可行性。     

电流型松散耦合电能传输系统的建模分析

在介绍了松散耦合电能传输(ICPT)系统的基本概念和结构的基础上,对其特性进行了一些讨论,利用互感模型提出了一种对电流型ICPT系统建模的方法.由等效电路图,经过合理的近似和等效变换,对该系统进行了建模分析,并基于Steinmetz方程,对变压器的损耗进行了一些探讨,该模型可以用来较为精确地估算系统容量、输出电压、谐振频率等.最后通过实验进行了验证.     

感应耦合无线电能传输系统的能量法模型及特性分析

感应耦合无线电能传输(ICPT)基于电磁感应原理,目前采用电路模型的分析方法,由于该方法无法深入了解ICPT系统能量传输的过程,所以提出了一种ICPT系统的能量法建模方法,建立了串联—串联(SS)、串联—并联(SP)、并联—串联(PS)和并联—并联(PP)型4种ICPT系统的能量法模型,分析了能量法模型与耦合模型的相互关系,研究了它们的等效性及数学意义上的等效条件,并通过MATLAB仿真研究,证明了理论分析的正确性。此外,目前ICPT系统与磁耦合谐振式无线电能传输(MCRWPT)系统原理相混淆,因而基于能量法模型分析了ICPT系统与MCRWPT系统在原理上的区别,得出只有在谐振、弱耦合、高品质因数的物理条件下,SS型ICPT系统才与MCRWPT系统等效,由此阐明了ICPT系统与MCRWPT系统原理上的差异性,为进一步精确设计和优化ICPT系统与MCRWPT系统设计提供了模型基础。     

基于部分能量线圈和OFDM技术的ICPT系统高速数据传输方法

针对目前应用在感应耦合电能传输ICPT（inductive coupling power transfer）系统中数据传输技术的传输速率低、系统电路复杂等问题,提出一种基于部分能量线圈和正交频分复用OFDM（orthogonal frequency division multiplexing）技术的ICPT系统高速数据传输方案。该方案利用能量耦合线圈的一部分来构建高速数据传输通道,使得主要的电路拓扑具有带通滤波器的特性,并且数据传输通道对信号载波呈现低阻抗特性,对电能载波呈现高阻抗特性,从而减小了电能载波对信号载波的影响;采用OFDM技术提高数据载波频带利用率及抗干扰性,实现高速数据传输。实验结果验证了系统在保证电能传输不受影响的同时实现了高达10 Mbps的数据传输速率。     

基波—谐波双通路并行感应式能量与信号同步传输技术

为解决现有感应耦合电能传输(ICPT)系统的能量与信号同步传输时存在的输出电压波动大以及系统稳定性差等问题,提出一种新型基波—谐波双通道并行感应式能量与信号同步传输技术,通过改变基波能量通路和谐波能量通路功率分配,在不影响系统谐振的前提下,实现了在较高系统效率下的能量与信号同步传输,同时还具备在信号传输过程中的系统输出电压与负载无关的稳定无波动特性,为该项技术的发展提供了新思路。最后,通过实验验证了理论正确性与技术可行性。     

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。     

电动汽车动力锂电池LCL型无线充电技术

为了满足电动汽车动力锂电池的充电需求,文中提出基于MERS(Magnetic Energy Recovery Switch,磁能再生开关)的LCL谐振型无线电能传输系统。该系统仅通过改变副边MERS的导通角,即可实现三种工作模式:恒流输出模式、恒压输出模式和最大功率输出模式。文中提出了系统模型,分析了LCL谐振型ICPT系统满足恒压、恒流、最大功率输出三种工作状态的条件;研究并建立了MERS的数学模型;搭建了Simulink仿真模型,仿真结果表明,本系统仅通过控制副边MERS的导通角α一个参数,可以实现电动汽车动力锂电池“先恒流后恒压”的充电需求,也可以实现当系统互感系数变化时系统维持在最佳工作点,而无需改变其他系统网络参数。该方案对改进电动汽车无线充电系统有一定的参考价值。     

基于动态方程的电流源感应耦合电能传输电路的频率分析

分析了一种电流源感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统的动态特性,着重探讨了电路的谐振频率。基于其一个周期内各阶段的状态方程,得到每个阶段各状态变量的通解,详细讨论了其不同的谐振频率。除了一个共有的频率之外,在变压器的一次、二次侧还分别有各自的谐振频率,该文根据实际参数的取值范围,得到频率在不同条件下的简化表达式。经分析,这两个频率在某些条件下只与各自这一侧的参数相关。对电路的参数设计给出了一些限制条件,实验验证了分析的结果。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统变电容调谐控制方法研究

磁耦合谐振式无线电能传输和电场感应式无线电能传输是当前研究热点。能量传输往往伴随着信息传输,所以海下无线信息的传输也逐渐受到重视并发展。为此提出一种具有共享通道的无线电能与信息传输系统,使功率和信息可以在同一信道进行传输。在一个开关周期中,电能在前半个开关周期传输,数据在后半个开关周期传送。数据通过频移键控FSK（frequency-shift keying）调制方法进行调制,功率传输的频率设置为285.02 kHz。采用二进制频移键控2FSK（binary frequency-shift keying）调制方法,2个信号载波的频率分别设置为1 MHz和2 MHz。水槽实验平台采用35%盐水模拟海水环境。仿真和实验结果很好地验证了理论分析和计算,证实了电能和信息共享通道进行无线传输的系统对海下电气设备进行供电和数据传输的可行性。