谐振式无线电能传输系统线圈优化与实验验证

针对大功率磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统谐振线圈耦合系数较小的特点,首先采用电路理论对系统进行建模分析,然后通过公式的推导与分析提出一套线圈优化设计方案,并基于有限元仿真方法得出一组最优线圈参数,最后搭建了一套1 kW,20 kHz大功率MCR-WPT系统实验平台对所提方案进行了仿真与实验验证,实验结果表明系统传输效率高达91.5%,满足设计要求。     

MCR-WPT系统传输特性研究及传输效率优化

以提高磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统传输效率为主要目标,同时保证系统不发生频率分裂,对系统多个参数进行优化.利用互感模型分析影响MCR-WPT系统传输效率的因素,确定优化参数.从系统输入阻抗的角度分析系统产生频率分裂现象的原因及抑制方法.利用粒子群优化(PsO)算法对影响系统传输效率的因素进行优化,在抑制系统发生频率分裂的同时使系统传输效率达到最大,得到最优解对应的参数值.通过实验证明该方法有效提高了MCR-WPT系统传输效率,对MCR-WPT系统的参数确定具有一定参考意义.     

无线电能传输系统共振机理及共振点分布特性研究

针对磁耦合无线电能传输(MC-WPT)系统各电参数对系统共振点的分布影响问题,综合考虑MC-WPT系统中所有电参数,包括各振荡电路的固有频率、所有的互感及电阻,基于复模态分析理论对MC-WPT系统进行共振机理建模分析,推导得到MC-WPT系统共振频率及共振点功率的解析表达式。在此基础上,深入分析MC-WPT系统的共振频率及共振点功率随传输距离及负载变化的分布特性,以此解释频率分裂等现象的物理原理,为后续优化及控制MC-WPT系统的共振点奠定相应的理论基础。     

基于E类逆变磁耦合无线电能高效率传输设计

针对无线电能传输(WPT)系统效率低的问题,提出了一种基于E类双管逆变器和FPGA频率跟踪控制的磁耦合谐振式WPT(MCR-WPT)系统。设计了双E类高频逆变电路,推导出带有E类逆变MCR-WPT系统传输效率的表达式。利用Multisim进行了电路仿真和分析,研究了线圈位置和半径对耦合系数的影响,得出了耦合系数、传输距离和有无频率跟踪对传输效率的影响曲线。研制了小功率WPT装置,在传输距离为8 cm左右时,获得最大传输功率为98,效率为84%。实验结果证明了理论分析的正确性。     

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。     

基于改进E类放大器的无线电能传输系统

以改进E类放大器作为高频激励源建立完整的磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统。根据改进E类放大器的工作原理建立微分方程,并计算出电路参数,结果表明与传统的E类放大器相比,在输出功率相同的情况下,器件需要承受的电压值降低了20%。然后进行仿真并成功实现了改进E类放大器,整个工作频域上效率均在80%以上。对整个无线充电系统建立起4线圈结构的传输系统模型,并分析传输距离对传输功率和效率的影响。最后搭建了完整的MCR-WPT系统,在20 cm远的距离上可以点亮9W的发光二极管(LED)灯泡,传输效率为61%,验证了放大器的有效性和模型的正确性。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统最大功率效率点分析与实验验证

针对在磁耦合谐振式无线电能传输系统中频率偏移是否会对负载接收电能的最大功率和效率点产生影响的问题,综合考虑线圈谐振频率、耦合因数、电源和线圈内阻,利用互感耦合理论对电能传输系统进行建模分析,给出系统传输功率和效率的计算方法,得出了过耦合范围内随着频率分裂最大功率点和最大效率点的不一致性的结果。最后设计了基于磁耦合谐振技术的无线电能传输装置,实验结果与理论分析具有较好的一致性,证明了理论分析的正确性,也为进一步研究频率跟踪及其优化控制提供了有益的参考。     

三线圈MCR-WPT系统中继线圈轴向位置的优化研究

探究三线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统中继线圈的最优轴向位置对优化系统传输性能至关重要,为此深入研究三线圈MCR-WPT系统的传输特性,应用电路互感耦合理论结合同轴线圈互感计算方法得出了系统最大功率和最大效率传输条件;基于上述最优传输条件,对宽负载范围内中继线圈轴向偏移对系统传输特性的影响进行了电磁仿真。仿真结果表明：中继线圈传输功率和传输效率的最优轴向位置与负载有关,均随负载的增大向接收线圈一侧偏移,当电源内阻与负载相等,中继线圈位于耦合机构中间位置时系统可获得最大传输功率,靠近发射线圈一侧时可获得最大传输效率。最后,搭建了三线圈MCR-WPT系统实验平台,实验验证了理论与仿真的正确性。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统频率分裂抑制方法

磁耦合谐振式无线电能传输系统工作在过耦合状态时,会发生频率分裂,导致系统在原谐振频率处的效率变低。文中运用等效电路理论,推导出了效率、输入阻抗与频率的关系表达式,并以此为基础,分析了频率分裂现象,得到了影响系统频率分裂和效率的几个关键参数。随后提出了一种调节系统关键参数的方法,为了调节系统参数,提出了使用L型阻抗匹配网络来调节等效负载电阻的方法。使用所述方法可以有效抑制系统的频率分裂现象及提高系统效率。最后,设计开发了一套磁耦合谐振式无线电能传输系统装置,仿真和实验结果验证了该方法的有效性与正确性。     

非接触电能传输(CPT)系统频率分裂现象分析

非接触电能传输(Contactless Power Transfer,CPT)系统在工作过程中会出现频率分裂现象。论文以串联补偿的CPT系统为研究对象对系统进行建模分析,推导出了CPT系统中重要参数的方程表达式并选择负载电压作为重点研究对象。数值分析和实验结果表明,负载电压和负载功率在过耦合区内(k>kcritical)会分裂出两道脊,CPT系统工作在谐振频率(f0)和关键点(kcritical)时可以获得最大的负载电压和负载功率。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的频率特性

针对磁耦合谐振式无线电能传输技术的传输效率随着发射设备与接收设备距离的变化而波动的问题,采用频率特性的新方法分析无线电能传输系统得到了对实际系统设计具有关键指导作用的结果,其中包括频率分裂特性和最大传输距离.利用频率分裂规律对不同距离的效率进行频率跟踪补偿可以提高系统传能效率.通过设计的相关的实验电路验证了频率分裂特性与系统最大传输距离(临界耦合点)理论分析的正确性,为提高无线电能传输功率和距离提供有效的参考.     

非接触电能传输系统的频率稳定性研究

分析了非接触电能传输系统主电路的频率稳定性问题,提出了利用相控电感电路动态调谐以提高系统工作频率稳定性的方法,保证最大功率传输和系统正常工作,并对动态调谐的工作原理进行了分析和仿真研究.     

应用于磁耦合谐振式无线电能传输系统的高效率E类逆变电源设计方法

ZVS型E类逆变器被认为是工作效率最高的功率放大器,被广泛用作磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统的驱动电源,此系统的效率不仅仅在于电能依托线圈载体无线传输的效率,还在于逆变电源的工作效率。本文通过对ZVS型E类逆变器建模分析,得出其额定最佳工作状态下的输出功率与设计参数、负载间的关系;采用电路互感理论构建E类逆变器驱动的四线圈结构MCR-WPT系统的等效模型,并以驱动电源的额定最佳工作状态为优化目标进行负载匹配,给出电源适应于负载的高效率MCR-WPT系统设计方法。最后通过实验证明了这种方法能够实现发射端逆变电源与接收端负载的高度匹配,系统的输出功率得以显著提升。     

近场磁谐振耦合能量传输系统的建模与分析

基于文献[5]的工作实现了一种通过谐振磁耦合机理进行能量传输的电路系统。与文献[5]中的不同是通过引入高频功率电子技术提高系统效率,并对其实现方案和分析方法进行了研究和拓展。结合耦合模理论和集总电路建模的优点,对系统的功率传输能力、传输效率和频率特性三个重要特性进行了分析,并推导出系统的最佳工作条件。仿真计算和实验结果验证了实现方案和建模思路的正确性。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统功效同步研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统中传输效率最大值与功率最大值难以同步的问题,利用等效电路理论对无线电能传输系统进行建模分析,给出系统传输效率最佳频率和传输功率最佳频率的计算方法,提出最佳谐振频率和功效同步因数的概念,得出系统传输效率与功率最大值同步出现的条件。借助仿真软件分析系统传输效率和功率与负载的变化规律,搭建实验平台,通过对比实验数据和仿真结果,证明了理论分析的正确性,也为进一步优化系统功效同步性能,同时提高传输效率和功率提供了有益的参考。     

基于SS型磁耦合谐振无线电能传输频带序列划分

磁耦合谐振无线电能传输(MCR-WPT)具有传递功率较大、距离适中、传递效率高等优点。针对MCR-WPT中频率资源划分尚未统一的问题,基于两线圈串联-串联(SS)模型的WPT系统,用电路模型分析WPT系统的运行特性,提出了WPT谐振频率范围划分的距离原则。使不同传递距离范围对应不同谐振频率序列,并结合改进几何均值原则对划分结果进行修正,得到修正后的谐振频率序列推荐值。同时,为增强WPT对负载变化的适应性,将谐振频率点拓展为工作频段,提出基于负载特性的工作频段确定方法。再将谐振频率序列和工作频段结合,实现了基于SS型MCR-WPT系统的频带序列划分。最后搭建实验平台验证频带序列划分结果的合理性。     

近场磁谐振耦合能量传输系统的建模与分析

基于文献[5]的工作实现了一种通过谐振磁耦合机理进行能量传输的电路系统。与文献[5]中的不同是通过引入高频功率电子技术提高系统效率,并对其实现方案和分析方法进行了研究和拓展。结合耦合模理论和集总电路建模的优点,对系统的功率传输能力、传输效率和频率特性三个重要特性进行了分析,并推导出系统的最佳工作条件。仿真计算和实验结果验证了实现方案和建模思路的正确性。     

非对称耦合线圈内阻与品质因数对传输功率与效率及其频率分裂的影响

非对称耦合线圈使得谐振式无线电能传输系统设计更为复杂,尤其是由于非对称结构带来的参数变化对无线电能传输功率的频率分裂规律的影响存在不确定性,此问题已成为制约该技术进一步发展的瓶颈。针对上述问题建立非对称无线电能传输系统的传输模型,计算得到非对称系统接收功率与传输效率的表达式,同时通过理论分析探讨耦合线圈的内阻和品质因数对频率分裂的影响规律,最后搭建相应的实验系统,对理论分析的正确性进行实验验证。实验结果与理论分析具有较好的一致性,证明了所提方法与结论的正确性,为进一步研究基于非对称耦合线圈的谐振式无线电能传输系统的设计与优化提供了有益的参考。     

200W级磁耦合谐振式无线电能传输频率特性的研究

采用磁耦合谐振技术提供了一种新型无线电能传输方式,其安全、可靠、灵活的特点受到广泛关注。为进一步扩展无线电能传输的应用领域,设计较大功率的无线电能传输系统是十分必要的。基于串并结构谐振电路等效模型,通过电路理论推导出补偿电容、电压增益、效率等表达式,应用Matlab软件对系统的谐振频率进行了仿真分析,得出谐振频率偏移对系统性能影响规律。在此基础上设计了一套无线电能传输实验平台,传输距离为1~7 cm,该装置负载端获得功率可达200 W,最高传输效率为80%。     

元件参数漂移对ICPT系统的影响及解决方案

针对补偿元件参数漂移降低系统传输功率和传输效率及频率分裂导致频率跟踪容易陷入局部最优的问题,以LCC/S三阶补偿拓扑结构感应式非接触耦合电能传输(ICPT)系统为研究对象,这里提出一种通过参数化扫描截取最优工作频段以进行频率跟踪的方法。首先通过理论推导计算出输出电压与频率的关系曲线,基于补偿元件参数漂移对输出电压与频率的关系曲线的影响进行参数化扫描,然后截取出最优工作频段并利用简化的登山法自适应跟踪最优谐振频率点。最后,通过仿真和实验证明了理论分析方法的正确性。