一种采用测量线圈技术的感应电能传输系统调频调谐方法研究

为解决谐振参数容差导致感应电能传输系统失谐现象,该文采用在原边线圈并绕测量线圈的技术,以原边回路电流与测量线圈电路电压进行矢量运算得到的两者相位差为反馈量,间接获得副边回路的谐振状态,通过控制逆变器的输出电压频率,使副边回路恢复谐振状态,增大副边回路中负载的电压增益和系统输出功率,达到提高系统的电能传输效率的目的。实验结果表明,所采用的方法能够有效使副边回路恢复谐振状态,增大副边回路中的负载电压和系统输出功率,提高系统的电能传输效率。相对于系统调频调谐前,在谐振参数容差导致副边回路呈感性的情况下,调频调谐后系统输出功率最大提升144.15W,传输效率最大提升1.21%;在谐振参数容差导致副边回路呈容性的情况下,调频调谐后系统输出功率最大提升245.49W,传输效率最大提升1.72%。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统频率跟踪研究

采用SS补偿结构的磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统工作在过耦合区域时的频率分裂现象会导致基于逆变器输出电压和初级电流的频率跟踪方法无法始终跟踪固有谐振频率,从而降低系统的传输效率。在此分析了系统工作在过耦合和欠耦合情况下逆变器输出电压和次级电流的相位关系,设计了采用锁相环(PLL),基于逆变器输出电压和次级电流的频率跟踪实验方案。实验结果表明采用基于逆变器输出电压和次级电流的频率跟踪方法可以在任何互感和负载条件下始终跟踪系统的固有谐振频率而不受频率分裂现象的影响,从而提高系统的传输效率。     

电动汽车非接触充电负载自适应控制方法

在电动汽车电磁感应式非接触充电系统中,电能接收端电路需要恒定的等效负载以保证系统运行在最大效率点。为此,针对电动汽车在恒流或恒压的充电模式中充电功率实时变化导致等效电阻无法保持恒定的问题,提出一种电磁感应式非接触充电负载自适应控制方法:该方法基于恒流恒压充电方式,通过制定参数初始匹配和负载自适应调节2个阶段的控制策略,将电池的充电电压、电流以及功率进行离散化分段控制;通过改变三相整流装置输出电压,间接改变非接触充电电能转换装置的输出电压,实现充电功率的实时变化;基于直流降压电路输入端电压和电流的比值,通过实时改变占空比信号,以保持电能接收端等效负载不变。该方法在兼顾电池充电时间和安全性的基础上,确保系统工作在最大效率点。通过算例验证了所提方法的正确性和可行性。     

1 MHz并联型谐振逆变器锁相环设计号性能分析

提出一种实用的固态兆赫级感应加热电源锁相环设计电路,对其锁相时间、捕捉时间以及系统的稳定性能进行了验证,并利用该电路对并联谐振逆变器进行控制,使得功率MOSFET实现零电流零电压开关。逆变器的工作频率跟踪系统固有谐振频率,使该电源始终运行在负载功率因数近似于1的准谐振状态。     

新型ZCS-PLL控制的大功率逆变电源的研究

提出一种基于数字锁相环(PLL)控制的零电流软开关(ZCS)新型中频感应加热电源。系统的主电路由三相AC/DC不控整流桥、Buck鄄DC/DC功率调节变换器和串联谐振DC/AC逆变桥构成。主电路的功率开关器件全部采用IGBT,并由一套TMS320LF2407数字信号处理器(DSP)控制。利用DSP丰富的硬件和软件资源,设计了智能数字功率调节器和数字锁相环,分别控制Buck变换器的直流输出功率和逆变器的工作频率,解决了感应加热电源中输出功率大范围地平滑调节和负载谐振电流、电压的同步锁相控制的难题,使逆变器IGBT在整个功率调节范围内均处于ZCS软开关状态。此外,逆变器输出电流始终工作于电流连续的CCM模式,功率转换效率高,开关损耗小,适应负载变化能力强。研制的实用电源功率调节范围为0.2～30kW,频率锁相跟踪有效范围为15～35kHz。     

非接触供电移相控制系统建模研究

在非接触电能传输(CPT)系统中,基于串联DC/DC环节功率调节的方法,既增加了系统的成本及控制难度,又降低了系统的效率及可靠性.本文提出电流型CPT系统的移相控制策略,通过调整全桥逆变器的桥臂直通时间就可以有效地控制系统的传输功率,克服了串联DC/DC环节带来的不足.通过对系统谐振网络进行阻抗分析以及稳态等效电路分析,推导出了系统关键参数设计的计算公式,以及一次侧谐振电压、导轨电流及耦合功率与移相角的函数关系,为系统设计和分析提供了理论依据.     

基于LCL谐振变换器的电磁感应式非接触电能传输系统动态调压控制方法

为了解决电磁感应式非接触电能传输(ICPT)系统输出电压的可控动态调节问题,提出一种基于LCL谐振变换器的动态调压控制方法。发射端采用具有恒流输出特性的LCL谐振结构,使得流过发射端耦合线圈的电流呈现恒流特性。在接收端LCL谐振变换器输出侧并联一个用于调节电能输出的可控开关管,通过控制开关管的开关状态,实现电能的可控输出。当开关管关断时,接收端LCL谐振变换器输出电能给负载,输出电压上升;当开关管开通时,负载侧电能输出被切断,输出电压下降。通过检测输出电压,对可控开关管进行负反馈控制,可以动态调节电能输出功率,实现输出电压的动态调节。该方法只调节接收端,无需使用无线信道与发射端通信,电路结构及控制方法较为简单、易于实现,且适用于一个发射端对多个接收端无线供电。最后,搭建了2k W ICPT系统原理样机。通过实验验证了所提方法的可行性和正确性。     

基于线性自抗扰控制的无线电能恒压无通信传输方法

针对负载动态变化易导致磁耦合无线电能传输系统传输效率低、输出电压波动大的问题，提出一种基于线性自抗扰控制的无线电能恒压无通信传输方法。该方法在系统的输入端采用锁相环跟踪谐振频率，并采用扰动观察法实现最小输入功率跟踪；同时，在输出端采用基于线性自抗扰控制的移相半控整流电路控制策略，使系统工作于恒定电压输出、高效传输的状态，且系统输入端与输出端之间无需通信。仿真结果表明，当负载和参考电压发生变化时，系统的输出电压始终恒定在参考值，系统传输效率保持在90%左右。     

无线电能传输系统三相相移控制逆变器研发

设计一种为无线电能传输系统提供高频交流电的三相相移控制逆变器。该逆变器由三相D类半桥逆变桥组成,其开关管运行于固定的切换频率下,通过调整各相半桥的驱动相位差来调节输出电压,从而实现无线电能传输系统功率的调节。对三相相移逆变器的主要性能,包括相移角与输出电压的关系、相电流、各相零电压切换状态等进行分析,并推导无线电能传输系统在使用相移控制和频率控制下的效率。开发三相的相移逆变器原型机并应用于无线电能传输系统,在两个外边长为90cm、70cm的平面矩形螺旋线圈间传输能量。实验表明当相移角从0°到120°之间调节时,在接收端10Ω电阻负载上接收到的功率从5.2kW到0变化。同时在最大输出功率时测得逆变器直流输入到接收端直流负载的DC-DC最大效率为94%。     

基于DPLL的高频逆变电源建模与研究

采用基于DSP的数字锁相环(DPLL)对高频逆变电源输出频率进行实时控制,可实现逆变器工作频率对负载谐振频率的同步跟踪,确保逆变器开关器件工作在零电压零电流软开关(ZVZCS)状态,显著减小功率器件的开关损耗和提高装置效率。本文以负载串联谐振逆变电源为模型,针对负载参数变化引起的固有谐振频率变化,导致逆变器效率降低及开关器件应力增加的普遍现象,提出一种基于DPLL控制的逆变电源。结合锁相环的数学模型,讨论了DPLL控制的逆变电源的数学建模,在Simulink环境中该电源的构筑及串联谐振负载的模型,给出了相应的仿真波形和实用电源试验波形,为分析和设计逆变电源提供了必要的理论依据。     

A phase synchronization control scheme for LCL‐T type high‐frequency current source in parallel connection

Considering the applications of high voltage gate driving system and contactless power transmission, a current‐based power distribution is adopted as a kind of replacement of voltage based high‐frequency Alternating Current (AC) power distribution system. In order to implement high‐frequency current source, an LCL‐T resonant inverter is examined with constant current characteristic and high conversion efficiency. First, the resonant topology is studied as a high‐frequency power source, including circuit principle, operational cycle analysis, and AC analysis. The effective control and high conversion efficiency are both achieved by LCL‐T resonant inverter. Second, the phase angle control scheme is explored to improve the synchronization performance in parallel system formed by multiple of LCL‐T resonant inverters. Lastly, a prototype of parallel system is evaluated by simulation and experiment results, both of which are constructed by two resonant inverters with rated peak current of 2 A, rated output frequency of 30 kHz, and rated output power of 100 W. The experimental results in accordance with simulation prove that the better phase synchronization of output currents is achieved by the phase angle control. Hence, the high‐frequency resonant topology and phase control scheme are a feasible realization of current source that can be used to feed current‐based high‐frequency power distribution system. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd. Index Terms—high‐frequency AC (HFAC), power distribution system (PDS), LCL‐T resonant inverter, current source, phase angle control.     

LC移相补偿在无线传能系统性能提升中的应用

为提高无线电能传输系统中电能传递的功率和传递的效率,文中对LC谐振式无线传能电路中采用移相控制技术后的能量传输情况做了研究。简单介绍了LC移相补偿的原理,在Simulink平台下仿真了移相控制下发射端和接收端之间的耦合磁场随移相角的变化情况,并通过实验测量了不同移相角下的电压、电流参数。由仿真和实验结果可知当在区间0-π⁄2时,增加移相角度,接收端功率增加;当移相角度为π⁄2时,接收端功率达到最大,在区间π⁄2-π时,增加移相角度,接收端功率减小;当移相角度为π时,接收端功率降为最低。综上可知移相控制在无线传能系统中可以提升其传输功率。     

无线电能传输中的高频阻抗匹配特性分析

磁谐振式无线电能传输技术是基于磁谐振耦合现象利用近区磁场进行非辐射性、中距离输电的新技术。阻抗匹配技术在无线电能传输中广泛使用,用以增加传输距离,提高传输效率,使负载获最大功率。常规变压器适于在低频下作阻抗匹配,高频时磁芯容易饱和发热,降低传输效率。使用传输线原理绕制的变压器通过线间电感和电容耦合传输能量,可用于高频传输,亦可在无线电能传输系统中使用。文章分析了无线电能传输阻抗匹配原理,分析了传输线原理绕制的变压器匹配特性,使用高频变压器进行了无线电能传输的比较实验。实验结果表明高频变压器可用于无线电能传输,匹配得当时,增加传输距离的同时,可保持传输效率和最大输出电压,是提高无线电能传输性能的一种可选方法。     

基于DSP的数字化高压直流电源的研究

为得到完全可控的直流高压,便于绝缘材料的耐压实验研究,介绍了一种以数字信号处理器(DSP)为控制核心的数字化高压直流电源。主电路采用全桥移相并联谐振的方式,通过控制逆变电路前后桥臂的相位差对输出电压进行准确控制。利用数字光纤完成隔离与高压反馈信号的传输,用DSP进行采集和数字比例积分(PI)算法计算相位差,对输出电压实时跟踪。从控制电路到主电路,完整地介绍了整套系统的工作原理并给出了具体参数和实验结果。结果表明,此套电源系统使得输出电压的幅值、上升沿、下降沿和电压维持时间等可以任意调节,给耐压实验带来很大的便利。     

应用于储能变流器的LLC/CLLC谐振变换器综述

针对储能变流器中高效隔离型DC-DC变换器的应用需求,首先分析了储能变流器高电压输入、宽电压输出及大功率的特点,着重比较分析了LLC/CLLC变换器实现宽电压调节范围、高压大电流输出的方法,并介绍了其软启动控制技术,然后对比LLC变换器分析了CLLC变换器的特点,探讨其应用于高压大电流变流器所面临的问题,最后介绍了两种拓扑在储能中的应用。谐振变换器是实现储能变流器DC-DC环节高效能量传输的有效途径,大功率LLC谐振技术相对CLLC更加成熟。随着大功率谐振技术的发展,LLC/CLLC谐振变换器将在高压、大功率储能系统中具有非常广阔的应用前景。     

串联补偿电压型非接触电能传输变换器的研究

对初次级均采用串联补偿的非接触电能传输(Contactless Electrical Energy Transmission,简称CEET)变换器进行了稳态下的建模和分析。给出其应用中的特性表达式,提供了一种对系统容量、输出电压、以及谐振频率等进行估算的较为精确的方法。在耦合系数以及负载变化时,可以通过控制锁相环,使变换器工作在谐振频率点附近,保持较大的电压传输增益和功率,并且实现开关管的零电压开通,减少损耗。最后,通过实验对分析结果进行了验证。     

磁耦合谐振式无线电能传输ARM和CPLD控制研究

磁耦合谐振式无线电能传输是中距离传输技术。两个耦合电路通过电磁场传递能量,当发射回路和接收回路处于谐振状态时,谐振体之间能量交换效率最高。设计了1台谐振频率70 k Hz的实验装置,发射端以ARM和CPLD为主控芯片,接收端以ARM为主控芯片,分模块设计了控制电路,并提出了一种基于ARM的频率跟踪控制方法。实验表明,控制系统运行稳定,控制效果理想。     

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。     

基于多谐波阻抗模型的CLLC谐振变换器轻载多移相控制分析与设计

CLLC谐振变换器具有双向功率传输、自然软开关、宽范围电压输出等优势,但轻载运行时,存在输出电压失调和传输效率降低等问题。文章基于多谐波阻抗模型,对CLLC谐振变换器的多移相控制进行分析,设计适用于轻载运行的双移相控制,有效解决轻载输出电压失调问题,提升轻载功率传输效率。首先,建立CLLC变换器的多谐波阻抗模型,求解多移相控制下的轻载输出电压增益与谐振电流有效值;然后,分析不同移相角对输出电压值和谐振电流值的影响,并据此设计双移相控制,实现可靠的轻载电压增益调节,同时降低轻载运行的损耗;最后,搭建一台21.5V/400V,200W的全桥CLLC谐振变换器实验样机,实验结果证明所提多谐波阻抗模型的正确性和轻载运行下双移相控制的有效性。     

基于自适应准谐振控制的储能抑制广义强迫振荡传播方法

针对新能源随机激励引发特高压联络线功率振荡向外部电网传播的问题,提出一种基于自适应准谐振控制的储能抑制广义强迫振荡传播方法。首先,建立了含有储能系统(energy storage system, ESS)的电力系统等效模型,分析了在随机激励下,ESS输出功率对广义强迫振荡通过特高压联络线向外部电网传播的影响机理。其次,利用自适应准谐振控制器对广义强迫振荡信号进行无差跟踪,并对ESS有功功率指令进行修正。在此基础上,利用系统功率传播的传递函数,分析了自适应准谐振控制对广义强迫振荡传播的抑制机理,并将其与传统谐振控制进行对比。最后通过仿真验证了分析的准确性,结果表明：在控制方向与振荡传播方向相同时,自适应准谐振控制能够有效阻断广义强迫振荡的传播;反之,则无法完全抑制广义强迫振荡,但能够显著降低振荡的幅值。