基于最小二乘法的感应电能无线传输系统负载辨识方法

基于最小二乘法提出一种新型负载辨识方法,以PS结构电流型感应电能传输(IPT)系统为例,建立其非线性高阶微分方程并构建数据矩阵,通过最小二乘法获得系统的过程参数矢量,将负载辨识问题转换为系统参数辨识问题,完成系统的负载辨识,最后通过仿真及实验,验证了此方法的可行性。     

基于二极管钳位五电平技术的LCL型感应电能传输系统谐波分析

感应电能传输(IPT)系统通常采用单相全桥逆变器作为交流电源,受功率半导体器件容量和成本限制,输出功率受限。为实现IPT系统的大功率输出,将二极管钳位五电平逆变技术应用到IPT系统中,并详细分析二极管钳位五电平逆变技术在IPT系统中的工作原理。利用逆变器输出电压的傅里叶级数表达式及电路拓扑,建立基于谐波与移相角、脉宽的关系表达式,得到五电平逆变器的最优工作点。与全桥逆变拓扑相比,所提控制策略能消除逆变器输出电压的3次、5次谐波,降低电压谐波总畸变率,同时增加IPT系统的输出功率。最后,构建一个五电平IPT的实验系统,实验结果验证了该方法的正确性与有效性。     

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.     

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。     

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。     

基于可控电感的感应电能传输系统效率优化

针对ICPT通用供电平台不同功率等级负载变化时系统效率降低的问题,设计一种改进型可控电感,使得不同功率等级的负载均达到效率最优。基于交流阻抗分析法建立电压型ICPT系统的效率模型,得出不同负载条件下,效率达到最优的最优电感值,并由此得出效率最优时原边发射线圈的最优匝数。通过控制所设计的原边可控电感,调节不同功率下的最优线圈匝数,以保证不同功率等级系统的工作效率均满足要求或达到最优。仿真结果验证了理论分析的正确性和该效率优化策略的有效性。     

基于SP-LCL补偿的PPMLM非接触电能传输系统

初级永磁式直线电机(PPMLM)是将线圈和永磁体同时布置在转子侧,定子侧只有开槽的铁心,非常适合低成本的长行程运行,但是传统的拖缆或滑触供电方式限制了该类电机的推广应用。此处采用感应耦合电能传输(ICPT)方式给PPMLM供电,具有成本低、带载能力强、行程不受限制等特点。提出了一种串并LCL(SPLCL)型补偿电路,在补偿电路的初级采用SP混合补偿,接收端采用LCL混合补偿。首先,通过对次级LCL混合补偿分析得到负载端稳压输出特性。采用阻抗值分析法对初级电路进行补偿,使SP补偿具有恒流输出特性。之后给出ICPT系统恒压稳流频率固定的条件,同时分析了主要参数对系统性能的影响。最后,通过仿真和实验证明了理论分析的正确性。     

感应耦合电能传输系统输出功率调节方法

高效调节输出功率是感应耦合电能传输系统的关键问题之一。文章分析了调幅、调频、移相以及能量注入控制四种基本功率调节方法的工作原理及其特征。根据移相控制改变逆变器移相角调节输出功率的特点,提出了一种新型基于谐波的移相控制功率调节方法,推导了从基波切换为各次谐波的移相角以及各次谐波工作下合理的移相角范围。该方法采用谐波替代基波传递功率,在输出同样功率情况下可降低器件开关频率。本文以3次谐波为例,通过实验验证了新型功率调节方法的有效性。     

高抗偏移集成LCC-S型无线电能传输系统研究

为了进一步提高LCC-S型无线电能传输(WPT)系统的抗偏移性能,设计了一种高抗偏移集成LCC-S型的WPT系统。首先,通过对集成LCC-S型电路进行分析,得出集成LCC-S型电路内3个耦合系数与电压增益的关系。其次,在Ansys Maxwell软件上对所选耦合机构进行仿真,初步证明了集成LCC-S型具有优越的抗偏移特性。最后,搭建了一台150 W的实验样机,实验结果证明了集成LCC-S型系统能够在偏移较大范围内实现恒压输出,证明了系统抗偏移特性的有效性。     

基波-谐波双通路并行感应耦合电能传输系统

为解决现有感应耦合电能传输(ICPT)系统主要利用逆变器输出方波中的基波分量进行电能传输所带来的输出调压范围不够宽、调压精度及系统效率不够高等问题,基于谐波的高频特性与能量特性,提出一种基波—谐波双通路并行ICPT系统,通过在逆变器输出之后建立基波能量通路与谐波能量通路,对逆变方波中的基波及谐波分量进行提取、利用,以拓宽系统的调压范围,同时提高了系统效率。首先,阐述了基波—谐波双通路并行ICPT系统的工作机理;接着,分析了系统关键参数对系统效率与选频特性的影响;然后,结合该系统基本思想,提出一种宽范围调压方法;最后,通过实验验证了基波—谐波双通路并行ICPT系统原理的正确性与调压方法的可行性。     

浮标ICPT系统双LCC-S混合补偿方法研究

为了保证浮标感应耦合电能传输(ICPT)系统在负载变化时仍然能够稳定工作,基于LCC拓扑电路,建立双LCC-S补偿型浮标ICPT系统模型,并提出一种实现水上初级线圈电流幅值恒定,负载端电压稳定输出的方法.首先分析了水下拾取端串联补偿的恒压特性,然后根据反射阻抗的特点,分析了系泊钢缆回路LCC拓扑、水上初级回路LCC拓扑...     

大功率IGCT变流器钳位电路参数的设计方法

分析了集成门极换流晶闸管(integrated gate commutated thyristor,IGCT)关断过程中缓冲及钳位电路的工作状态,推导了关断过程中钳位电容电压和缓冲电感电流的微分方程。在此基础上,提出了一种IGCT钳位电路参数设计方法。与ABB公司经验公式相比,所提钳位电路参数设计方法不含经验系数;同时应用所提方法可减小钳位电阻的功率等级和系统损耗。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性。     

LCL型感应耦合电能传输并联系统研究

单模块LCL型感应耦合电能传输(ICPT)系统由于器件功率等级和大功率器件价格的限制,不适宜应用于大功率场合。本文提出了LCL型ICPT并联拓扑,给出了并联系统的参数设置方法,推导出并联系统在平衡和不平衡状态下各模块分布的功率和电流的表达式,分析了并联系统的均流情况和工作特性。通过合理的参数设置,并联系统可以降低各模块参数不平衡带来的影响,有效扩大系统容量,适用于大功率场合。最后,通过实验结果验证了理论分析的正确性。     

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。     

复合谐振型感应电能传输系统分析及参数优化

针对感应电能传输系统因互感变化引起传输功率与效率降低的问题,设计了一种复合谐振结构,并给出一种改进的遗传算法对该结构进行参数优化.在分析传统谐振网络拓扑的基础上,给出一种复合谐振网络以提高互感变化时的传输功率与效率特性.以传输功率和效率最大为目标,建立了该结构的非线性规划数学模型,采用非线性单纯体法和混沌初始化混合方法来产生优良的初始种群,对目标和约束进行二次归一化后,利用可行性规则选择优良个体,并采用混合变异提高算法的全局搜索能力.最终优化结果与实验表明,改进后的算法能较快地找到全局最优参数,且参数结果优良,在互感大范围变化时能保持较高的传输功率及效率.     

发射侧恒流的感应电能传输系统距离特性研究

传统补偿方式下发射侧电流易受负载、传输距离等参数变化的影响。发射侧电流的较大变化不利于系统能量传输的高效性及稳定性。设计了一种基于LCL的新型补偿方式,采用该补偿方式可实现发射侧电流几乎不受参数变化影响,保证了系统能量传输的稳定性。还通过实验研究了该系统在给定负载条件下的距离特性。     

LCL型非接触电能传输系统电路特性分析及参数配置方法

将二端口电路理论引用到非接触电能传输(CPT)系统中,通过二端口理论对LCL复合补偿型CPT系统进行建模分析,发现了其输入与输出电压间的倍数关系。同时,对耦合机构进行了重新建模,使其分析变得简单明了。在此基础上,给出了整个系统的参数配置方式,并分析了其输出电压和功率、效率特性。为证明此参数配置方式优越性,推导了SS型CPT系统的输出功率公式,并进行对比。结果发现所述方式能够输出更大的电压和功率,仿真和实验同样证明了所述结论。     

电压型ICPT系统功率传输特性的分析与优化

针对感应耦合电能传输(ICPT)系统功率传输能力和效率优化问题,对电压型ICPT的功率传输特性进行了分析.通常认为提高系统的谐振频率能提高系统的功率传输能力,但通过本文的研究发现,对于采用SS拓扑的ICPT系统,谐振频率的选取存在一个优化的取值,而对于采用SP拓扑结构的ICPT系统,在一定的频率带上,谐振频率的增加对系...