无线电能传输技术在煤矿井下照明系统中的应用研究

无线电能传输技术由于有效克服了拖线、滑动取电、电池供电等一系列传统供电方法的不足,使得该技术在煤矿下得到广泛应用,能有效减少由于电气接触产生电火花而带来的安全隐患,从而提高矿业生产的安全性。现针对矿井下照明设备采用的有线接触式供电方法存在的不足,提出了一种安全、低成本、高效、高可靠性的无线照明系统,介绍了其设计系统结构和模型,并进行了理论与实验验证,从总体上推进了该技术在煤炭行业的实用化进程。     

采用新型负载恒流供电复合谐振网络的无线电能传输系统

针对传统LC谐振拓扑无线电能传输(WPT)系统在负载动态变化时,无法实现负载恒流供电及系统工作频率失谐问题,提出一种新型一次侧LCL、二次侧LCC复合谐振网络无线电能传输系统。首先,在基波条件下,依据漏感模型建立了磁路机构等效电路,得到了谐振频率和输出电流表达式;然后,通过系统参数优化设计,进一步推导出了复合谐振网络中实现负载恒流供电以及系统谐振工作频率稳定的条件。仿真结果表明,基于参数优化设计的新型复合谐振网络无线电能传输系统,能够实现负载无线恒流供电,并且系统工作频率稳定。实验结果验证了理论分析和仿真分析的正确性和有效性。     

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。     

采用CCL/LCC复合谐振网络的电流型ICPT系统

为实现感应耦合电能传输(ICPT)系统在负载及气隙变化时的输出电压和工作频率恒定,提出了一种采用CCL/LCC复合谐振网络的电流型ICPT系统。首先,在基波条件下,依据变压器漏感模型建立系统等效电路,得到了输出电压增益与输入阻抗的表达式;然后,通过系统参数优化设计,推导出了动态负载下系统恒压供电和谐振工作频率稳定的条件。另外,当气隙变化时,利用动态调谐技术重新补偿耦合电感,可使得输出电压和工作频率在气隙变化前后保持不变。系统特性分析表明,所提出的CCL/LCC复合谐振网络电流型ICPT系统,在负载和气隙变化时可以保证输出电压和工作频率稳定。最后,实验验证了理论分析的正确性和有效性。     

高光效、大功率LEDs/LDs用Ce:YAG透明陶瓷

Ce:YAG透明陶瓷可与蓝光LEDs/LDs复合, 用于大功率白光LEDs/LDs。本研究通过调整Ce:YAG透明陶瓷的厚度和Ce³⁺的掺杂浓度, 将组装器件的发射光谱和色坐标从冷白区调整到暖白区。以高纯(≥99.99%)商业粉体α-Al₂O₃、Y₂O₃、CeO₂为原料, 采用固相反应法制备了(Ce_xY_1-x)₃Al₅O₁₂ (x=0.0005、0.0010、0.0030、0.0050、0.0070和0.0100)透明陶瓷。陶瓷素坯在1750 ℃真空烧结20 h(真空度5.0×10^-5 Pa), 之后在马弗炉中退火1450 ℃×10 h。不同掺杂浓度Ce:YAG陶瓷(厚度分别为0.2、0.4、1.0 mm)在800 nm处的直线透过率均大于79%。Ce:YAG荧光陶瓷的热导率随着测试温度和掺杂浓度的增加而降低。采用有限元方法模拟不同厚度的Ce:YAG陶瓷和LED组装的热分布, 比较了三种封装方式的热分布。将Ce:YAG荧光陶瓷与LEDs/LDs复合, 制备出色坐标分别为(0.3319, 0.3827)和(0.3298, 0.3272)的白光, 发光效率分别为122.4和201.5 lm/W。将Ce:YAG荧光陶瓷和10、50 W商用蓝光LED芯片组合成熟灯具, 可用于商业用途。Ce:YAG透明陶瓷在大功率照明和显示的彩色转换材料应用领域极具潜力。     

非理想信道状态信息下自适应SC-FDMA上行链路有效吞吐量分析

为有效利用非理想信道状态信息(imperfect channel state information,ICSI)进行自适应资源调度以提高链路平均有效吞吐量,给出了采用M-QAM调制方式时ICSI下用户平均成功传输速率公式,通过仿真验证了其正确性,并据该公式提出一种基于ICSI的自适应调制方案。通过分别研究ICSI对自适应子载波分配和自适应调制的影响,分析ICSI可靠度对链路平均有效吞吐量的影响。仿真结果表明,基于ICSI的自适应调制方案可有效对抗ICSI可靠度下降对平均有效吞吐量的影响;相比之下,采用自适应子载波分配算法时,ICSI可靠度的下降对链路平均有效吞吐量的影响较大。     

宽压自适应开关电源的设计

针对煤矿井下设备对开关电源的特殊要求，提出一种采用自适应交流调压电源与普通开关电源相结合的设计方案。重点阐述自适应交流调压电源的设计原理以及电路的设计方法。仿真分析和实验结果表明，该设计方案可行。     

有源箝位型三电平变频器功率器件损耗分析

针对传统中点箝位型三电平变频器运行过程中存在功率器件损耗分布不均匀问题,介绍了有源箝位型三电平拓扑的工作原理和基本调制策略,分析了有源箝位型三电平变频器的损耗特性。有源箝位型三电平拓扑使用双向功率器件取代传统中点箝位型三电平中的箝位二极管,通过选择恰当的零电压状态组合,可实现功率器件损耗均衡的目的。仿真结果表明,在各种典型工作状态下,相比于中点箝位型三电平拓扑,有源箝位型拓扑可更好地平衡功率器件内外管损耗,提升了变频器容量。     

新型多负载变拓扑感应耦合电能传输系统

为解决传统多负载感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统存在的问题,提出一种新型多负载变拓扑感应耦合电能传输系统。该新型ICPT系统主要采用可变拓扑的高频逆变器,通过检测负载信息,系统可根据任一时刻供电负载的数量,自动改变逆变器工作结构,只让需要供电的负载所对应的原边线圈处于工作状态,从而基于"点对点"模式实现负载高效无线供电。仿真与实验验证了该新型多负载变拓扑感应耦合电能传输系统的可行性,对桌面多负载无线供电领域的设计与应用有着广泛的应用指导意义。