多负载磁耦合无线电能传输系统的拓扑发展和分析

近年来,多负载磁耦合无线电能传输技术已成为一个研究热点,其中系统拓扑是一个关键的研究内容,决定了该技术是否能够满足不同应用场景的需求,为此该文对多负载磁耦合无线电能传输系统拓扑进行梳理和分析。首先,将多负载磁耦合无线电能传输系统拓扑进行分类,进而对单电容补偿型、高阶阻抗匹配型、多米诺结构型和多通道型等拓扑进行分析;接着,根据电源和发射线圈数量、补偿网络类型、系统构造方式和功率传输方法,分别介绍主要类型拓扑的工作原理、优缺点或适用场合;最后,提出多负载磁耦合无线电能传输系统拓扑所面临的问题,并展望了未来发展趋势。     

分数阶无线电能传输机理的提出及研究进展

现有的无线电能传输技术均是以整数阶系统理论为基础提出和构建的,传输特性对传输距离、系统参数变化敏感,抗干扰能力弱,难以适应实际应用需要。因此,探索新型无线电能传输机理和技术将是一个长期的研究课题。受益于分数阶微积分的快速发展,分数阶无线电能传输机理和技术被提出。不同于传统整数阶系统,分数阶无线电能传输系统利用其所特有的记忆特性、负电阻特性和频率特性,可以实现高效率、高抗干扰的中距离无线电能传输,且系统设计灵活,可以满足多种场合的需要。为此,文中介绍了分数阶无线电能传输机理的提出过程及研究进展,分别从分数阶微积分、分数阶元件及电路、分数阶无线电能传输机理等方面进行阐述。最后,与现有整数阶无线电能传输系统进行了对比,结果表明所提系统的传输效率和输出功率具有对距离和谐振频率变化不敏感的特性。     

无线电能传输技术亟待解决的问题及对策

首先分析了国内外无线电能传输技术的现有商业化情况、产品标准制定、学术论文和专利发表现状;然后探讨了目前最热门的两种无线电能传输技术--感应耦合和磁耦合谐振无线电能传输技术存在的问题,进而阐述它们在原理、结构和特性上的差异性,旨在解决将感应耦合与磁耦合谐振无线电能传输技术混淆的困惑,以推动无线电能传输技术的进一步发展;最后,针对现有无线电能传输技术发展的瓶颈,介绍了基于分数阶电路原理、宇称-时间对称原理的两种新型的无线电能传输技术,指出无线电能传输技术要成为一种通用技术,还需在机理上有根本性的突破。     

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。     

感应和谐振无线电能传输技术的发展

随着科技的不断发展和进步,无线电能传输技术已成为国内外最受关注的研究课题,是未来电力发展的必然趋势。首先介绍无线电能传输技术的起源,追溯到电磁波的发现;接着分析无线电能传输技术的三种主要形式,包括感应无线电能传输技术、谐振无线电能传输技术和微波无线电能传输技术。在此基础上,对三种形式的无线电能传输技术的发展现状进行论述,详细阐述目前国内外无线电能传输技术的研究成果,并对比分析目前研究最广泛的感应和谐振无线电能传输技术在原理、系统构成、分析方法以及运行条件上的异同,最后对无线电能传输技术在各个领域的应用进行了展望。     

降低整数阶无线电能传输谐振频率的分数阶方法

针对谐振无线电能传输谐振频率高而电力电子器件目前较难实现高频大功率开关变换器的问题,提出一种基于分数阶原理降低无线电能传输谐振频率的方法,建立SS型分数阶无线电能传输系统的电路模型,推导其输出功率和传输效率的表达式,通过Matlab数值仿真分析分数阶元件的阶数对谐振无线电能传输参数及特性的影响。研究结果表明,采用分数阶电感、电容元件,可以大幅度降低谐振无线电能传输系统的谐振频率,从而降低开关器件的开关频率,且可以输出比整数阶无线电能传输系统更大的功率。