磁共振无线电能传输系统的共振频率分析

针对磁共振无线电能传输技术的广泛应用,本文在充分考虑线圈间耦合作用的情况下,建立了两线圈磁共振无线电能传输系统的电路模型。利用互感耦合理论对系统的共振频率进行分析,得出了系统两种共振频率表达式,即线圈自谐振下共振频率和耦合作用下共振频率,并推导出在两种共振频率下系统负载功率及传输效率表达式。通过对两种共振频率下负载功率及传输效率随耦合系数的变化情况进行分析,得出两种共振频率在不同耦合条件下的优劣性能。利用Multisim电路仿真软件建立电路模型的仿真电路,对系统进行仿真实验。仿真结果表明,耦合作用下,共振频率的理论值与仿真值基本相同,误差均在1%左右;而在两种不同耦合条件下,负载功率和传输效率的理论值与仿真值基本相同,误差均在0.1%以下。该研究为磁共振无线电能传输系统进一步提高负载功率和传输效率提供一定的理论依据。     

中继模式无线电能传输系统

针对三线圈中继模式的磁耦合无线电能传输系统进行了研究,根据经典电路理论建立了传输系统的数学模型。研究了影响系统输出功率以及电能传输效率的因素。实验表明:负载上获得的功率和系统的电能传输效率会随着谐振频率的升高而增大,但并非纯粹的线性关系;同时,负载电阻与电能传输效率之间存在最佳工作点,这也验证了模型的正确性。     

煤矿井下双路三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统

为提高煤矿井下无线电能传输系统的传输功率和效率,并降低各回路电容电压,改进了井下无线电能传输系统线圈的结构,提出了适合井下无线电能传输的传输系统。根据电路互感耦合理论,推导出无线电能传输系统的传输功率和效率的数学理论表达式,分别阐述了耦合系数和负载大小对传输功率与传输效率的影响。应用OrCAD与Matlab软件对传输系统各种影响因素进行仿真分析,在此基础上设计并制作了实验平台。实验得出此系统存在最佳效率传输距离,总体实验结果与理论仿真结果一致,最后通过与典型三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统做对比实验分析,得出在井下相同传输距离时,改进三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统在提高传输效率的同时也提高了传输功率,可为实际井下无线电能传输系统提供理论参考。     

低功率两线圈的磁共振无线电能传输研究

针对电磁感应无线输电存在效率低、传输距离短的问题,本文基于磁共振原理,对低功率两线圈磁共振无线电能传输进行研究。建立了低功率两线圈磁共振无线电能传输系统的等效电路模型,通过等效电路模型推导出了输出功率和输出效率随线圈的频率及距离参数变化的解析表达式。同时,在Matlab/Simulink环境下对共振电路工作过程分别进行了输出功率随线圈频率变化以及输出效率随线圈距离变化的仿真实验。仿真结果表明,当系统频率为2 MHz,线圈距离为2cm时,输出功率和输出效率同时达到最大,表明构建模型的有效性。该等效模型的研究能促进我国在磁共振无线电能传输领域的发展,具有实际应用价值。     

无线电能传输系统驱动源负载网络分析

为了提高无线电能传输高频时的高效传输能力,结合谐振式无线电能传输系统基本结构,采用单管E类功率放大器作为系统驱动源,对驱动源的负载阻抗特性及影响负载网络的因素进行了分析;提出了针对无线传能系统的E类功率放大器负载网络参数调节方法;在软开关条件下计算了负载网络最佳匹配参数;通过调整开关管占空比的方式验证负载网络变化对软开关状态及系统效率的影响.结果表明,通过驱动源样机的制作以及负载网络参数调整测试,实现了在1 MHz频率下78 W功率的输出,系统效率达到76.5%.     

纵振式超声波无线电能传输装置仿真与实验

利用ANSYS有限元仿真软件,分析了纵振式超声波无线电能传输装置模型的纵振模态及其共振频率。加工了实验样机,样机的能量发射端采用锥形结构以增强对于空气激振的输出效果。搭建了实验测试系统,对发射与接收端的距离、角度及激振频率等参数进行调节并采集了实验数据。实验结果表明,当增大接收与发射端距离时能量传输效果减弱,装置对心时能量传输具有最佳效果。在最佳传输频率29.88kHz下的能量传递效率可达24%。     

一种用于无线电能传输系统的有源中继结构设计与分析

中继线圈能有效增大磁耦合谐振式无线电能传输(MRC-WPT)系统的传输距离,但由于其自身的功率损耗,导致系统总损耗增加,传输功率下降。提出了一种有源中继结构,通过向中继线圈赋能,扩大了发射线圈的能量辐射范围,在显著增大系统传输距离的同时增大了系统的传输功率,保证了输出功率恒定。与多发射线圈系统相比,有源中继系统不需要考虑发射线圈之间的交叉耦合影响,分析及设计更加方便;与传统无源中继系统相比,有源中继系统的最大传输功率高于对应的无源中继系统;与对应的无中继系统相比,在增加传输距离的同时,有源中继系统的最大传输功率能保持与无中继系统相同。仿真结果与理论分析结果一致。     

水下无线电能传输研究进展

首先对水下无线电能传输技术进行了分类,然后给出了磁感应式水下无线电能传输的基本结构和工作原理,讨论了该技术的最优工作频率、传输距离、线圈结构选择、涡流损耗与频率分裂现象.随后简要给出了磁谐振式水下无线电能传输技术和电场耦合式水下无线电能传输的研究现状.最后对水下无线电能传输技术有待研究的问题进行了展望.     

基于双激励双拾取的无线电能传输系统

传统的无线电能传输系统（WPT）多由单个激励线圈与单个拾取线圈组成,由于系统的耦合机构多为松散的耦合形式,且受到功率器件容量的限制,因此难以获得较大的传输功率。为了提高WPT系统的传输功率,该文构建了双激励双拾取线圈的无线电能传输系统,在原WPT系统的基础上,增加了一组激励线圈和一组拾取线圈,利用耦合理论和电路原理的相关知识对该系统进行分析。通过Matlab仿真及实验验证了该方案的可靠性和有效性,并在负载为5 Ω时,双激励双拾取线圈的WPT系统相比较于WPT系统,其功率提升了3.1倍,效率提高了9%。     

双发射结构磁谐振式无线电能传输系统传输特性研究

基于电路理论,建立了双发射结构磁谐振式无线电能传输（WPT）系统的等效互感模型。与单发射结构相比,双发射结构可以提高负载接收功率和传输效率,而且随着发射线圈与接收线圈之间耦合系数的降低,双发射结构的优势更加明显。结合数值仿真试验,对比得出当两种结构的接收线圈发生横向偏移与角度偏转时,负载功率和传输效率的比值分别可达2.8和1.39以上,验证了理论分析的正确性。最后,进一步分析了两种结构在欠耦合、临界耦合、过耦合3种区域的传输效率,发现双发射结构可以增加系统的纵向传输距离,且在临界耦合区域内可以有效扩大系统的横向传输范围。     

植入式集成磁耦合谐振无线电能传输分析

将植入式应用时无线电能传输的接收线圈与整流电路及其他功能电路集成在单芯片上,不仅可以满足植入式应用更小空间的要求,而且可以进一步提高可靠性和安全性。该文基于此应用,对磁耦合谐振无线电能传输系统建立了完整和简化的电路理论模型,分析结果显示,磁耦合谐振方式比传统的电感耦合方式具有更高的传输效率。     

基于LCL-S的恒压恒流切换无线电能传输系统

根据锂电池的充电特性对耦合线圈及补偿电路进行研究,提出基于LCL-S的无线充电拓扑结构,在发射侧采用一个交流开关来实现拓扑切换.此拓扑结构的优点是,在固定频率下操作,只需控制开关通断就能同时实现与负载无关的恒流和恒压输出,而且发射线圈和接收线圈之间没有任何通信连接,缩小了系统的整体体积,降低了控制系统的复杂度.     

并联多逆变器驱动的大功率无线电能传输系统研发

采用多逆变器并联拓扑能够解决单个逆变器输出功率不足的问题,满足大功率无线电能传输的需要。但多个逆变器输出电压之间的不同步会产生较大的环流,降低系统整体效率甚至造成逆变器损坏。为此,设计了一种采用并联多逆变器驱动的大功率无线电能传输系统,重点对多逆变器的相角一致性问题进行了研究。以其中一个逆变器作为主单元,其开关管的方波驱动信号同时传输给从逆变器,以提供切换频率和参考相位。从逆变器采用现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array,FPGA)测量接收到驱动信号的频率和参考相位,并在补偿驱动信号的传输时延后输出给开关管,以实现多逆变器的同频同相运行。研制了3个逆变器并联的实验室样机,实现了16.65 kW、93.5%效率的无线电能传输。     

改进发射端的磁耦合谐振式无线电能传输系统

为提高磁耦合谐振式无线充电系统的传输效率,提出了改进发射端的无线电能传输模型并建立了无线电能传输系统电路模型,讨论了输出功率与传输效率与线圈耦合系数和负载电阻的关系。在线圈谐振状态下,为得到最佳传输效率,研究了耦合系数与负载电阻的取值要求。最后,通过搭建实验平台,验证了系统在谐振状态下,激励线圈与发射线圈的耦合系数为0.8,发射线圈与负载线圈的耦合系数为0.157,负载电阻为150Ω时,传输效率能达到97.3%。     

一种磁耦合谐振式无线电能传输系统研究

针对传统的由发射-接收线圈组成的磁耦合谐振式无线能量传输系统存在的传输距离短、远距离传输效率低的缺点,提出了一种以单中继的三线圈模式为基础,在中继线圈与接收线圈之间加入磁芯的方案。利用电路理论建立三线圈电路模型,推导出传输效率数学表达式,并对在中继线圈与接收线圈之间加入磁芯的传输系统进行仿真分析,确定出平板磁芯可以有效地提高系统传输距离及传输效率。最后通过实验研究,验证了所提方案的可行性。     

基于磁共振无线电能传输系统中积分滑模控制设计

针对滑膜控制(sliding mode control,SMC)器中无线电能传输系统难以保持稳定状态的问题,本文以磁共振无线电能传输系统为模型,提出了一种基于算子的积分滑模控制方法,通过公式推导得到简化控制方案,并在算子理论的基础上设计控制器,同时采用阻抗匹配控制进行仿真分析。仿真结果表明,本方法在实现高功率传输效率的同时,减小了系统的稳态误差,使电压更加接近目标值,证实了系统可以恒压控制,提升了输出电压的性能,与之前方法相比,该方法使输出电压性能得到明显改善。该研究对磁共振无线电能传输系统具有一定的实用价值。     

电场耦合式无线电能传输的发展与应用

首先对电场耦合式无线电能传输的系统结构和基本工作原理进行了介绍,分析了其相比于磁场耦合方式的特点,以及由此带来的相应优势.从如何实现软开关、耦合极板以及补偿网络设计这三个技术要点出发,对其技术发展历史和现状进行了总结.指出了电场耦合方式需要研究和解决的重点问题,并提出了实现高效电场耦合无线电能传输所需考虑的关键因素.分析了电场共振方式的工作特点,并给出了初步的实验测试结果,通过6p F耦合电容传输了120W功率,直流到直流传输效率达到90%以上.最后对电场耦合式无线电能传输的发展进行了展望.     

基于磁谐振式无线电能传输系统的E类功率放大器研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统的高频功率放大器设计需求及E类功率放大器软开关特性受负载影响较大的问题,设计了基于谐振变换单元的高频E类功率放大器,并以此为电源设计了能够满足锂电池负载恒流恒压充电特性的恒流恒压无线充电系统.仿真及实验结果表明所设计系统能够实现恒流恒压充电功能,且保证了E类功率放大器软开关特性不受影响.