多负载磁耦合谐振式无线电能传输系统特性分析

为解决单一电能发送端为多个负载同时提供电能的问题,文章基于磁耦合谐振工作原理,对多负载磁耦合谐振式无线电能传输系统进行建模,对线圈方位特性、线圈品质因数特性和系统功效特性进行分析和研究。首先推导得出在存在径向偏移的情况下,适度角度偏移会使互感增大,其次通过公式推导和仿真验证,实现了多负载MCR-WPT系统功效最大同步。然后在保证系统传输距离和负载输出功率前提下,运用自适应度粒子群寻优算法获取多负载磁耦合系统对应传输效率最大值;最后通过有限元仿真与实物系统搭建的方法,验证了该算法的正确性。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统阻抗分析与匹配电路设计方法

针对无线电能传输系统中阻抗失配引起的效率低和烧毁射频功放等问题,综合考虑耦合因数、电源和线圈内阻,利用互感耦合理论对四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统中射频功放的负载阻抗进行等效分析;并针对通过改变系统互感系数来调整阻抗难以达到理想效果的缺陷,提出和设计阻抗匹配电路方法来调整阻抗。根据阻抗特性设计了π型结构的阻抗匹配电路,给出了系统器件参数的计算方法和结果。最后设计了基于磁耦合谐振技术的无线电能传输装置,并进行了阻抗匹配实验,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。也为进一步研究自适应阻抗匹配,提高无线电能传输功率和效率提供了有益的参考。     

基于电场耦合式的电动汽车无线充电技术电压优化方法

目前,基于电场耦合式无线电能传输是一种快速发展的技术,因其对比磁场耦合式无线电能传输技术更具经济性、可靠性与安全性,从而在多金属环境中得到广泛应用。由于电场耦合式无线电能传输系统利用高频电场传输电能,所以在耦合极板上存在非常高的高频电压,同时也会在诸如电动汽车表面等金属上感应出高电压,这将导致严重的安全问题。为解决上述安全问题,该文提出了基于电场耦合式的电动汽车无线充电技术优化方法来减小无线充电时车壳上的电压,并通过CLL补偿结构优化系统谐振。最后,设计并实现了车壳电压仅为3.88V,输出功率1.3kW,系统整体效率为87.7%的电场耦合式无线电能传输系统,验证了优化策略的可行性。     

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%。     

双频段磁耦合谐振式无线电能传输系统特性分析及实验验证

双频段无线电能传输系统可以提供两个不同频率的传输通道以实现电能和信号的同步传输。根据单一谐振频率的电能传输线圈的阻抗特性提出了双频段无线电能传输线圈的设计思路,并设计了双频段磁耦合谐振式无线电能传输系统,系统接收端采用陷波电路分离信号和电能。构建部分元等效电路对线圈阻抗特性、系统电能传输能力和传输效率进行计算,由此得出系统可同步传输信号并且不影响其电能传输效率。最后,设计了和理论计算系统参数一致的实验装置进行实验验证,结果与理论分析具有较好的一致性,验证了设计方法的有效性。     

磁共振无线电能传输系统功率与效率综合优化

针对磁共振耦合无线电能传输系统中峰值功率与峰值效率工作频率点往往不重合,不可同时最优传输问题,利用互感耦合理论对无线电能传输系统进行建模分析,推导出功率与效率计算的数学表达式,阐明了系统获得峰值传输功率和峰值传输效率的各自条件,发现负载是影响两者频率分布的主要因素.在此基础上,提出匹配因子的概念,指出通过调整用电端负载等效阻抗,可使系统传输功率峰值点和传输效率峰值点的频率相互靠近,从而获得综合性能最优的传输性能.最后,搭建了实验系统,实验测试结果证明了理论分析结论的正确性.     

利用负电阻提高电能无线传输功率

针对提高谐振耦合式电能无线传输系统的输出功率问题,研究了一种新的方法。在松耦合变压器原边引入负电阻,通过减小变压器原边的电阻以增加原边电流,从而提高变压器副边的电压,进而提高电能无线传输的功率。分析了负电阻的实现方式,获得含有负电阻的电能无线传输系统各处电量表达式,特别是根据负电阻的实际使用限制推导出系统参数选择的约束条件;引入效能比概念,分析了系统输出功率增长与引入负电阻带来的额外损耗之间的关系;搭建一个含负电阻的谐振耦合电能无线传输实验平台,设计不同阻值的负电阻进行比较实验,结果证明,负电阻能够减小无线电能传输系统回路阻抗,增加回路电流,提高系统的输出功率,并且合理选择构成负电阻的参数,能有效提高效能比。     

无线电能传输最优效率下的阻抗匹配方法研究

针对强磁耦合谐振无线电能传输系统提出了一种改进型的负载阻抗匹配拓扑。为了提高整个系统的电能传输效率,在次级线圈后增加一个匹配馈电线圈形成新的阻抗变换结构,使负载阻抗达到最佳匹配条件。匹配馈电线圈通过对本身固有参数的调节来匹配不同的负载.让负载达到最佳匹配条件以实现系统传输效率的最大化。实验结果证明,通过这种方法对不同负载进行匹配实验,均可使系统传输效率接近理论最优值。     

无线电能传输基于负载阻抗匹配的最大效率追踪

无线电能传输系统存在一个使系统效率最高的最优负载。充电过程中,电池阻抗变化会导致无线电能传输系统工作点偏移,降低系统效率。为了解决这个问题,提出一种负载阻抗匹配的方案,使得系统的等效负载始终维持在最大效率点上。首先从理论上分析了最优负载的数值,设计了具有电压闭环控制的DC/DC负载调制电路,然后设计了基于扰动观察法的最大效率点追踪控制。最后搭建了样机并进行实验验证,在距离20 cm,输出功率5 W到300 W的范围内,系统效率始终高于83%,验证了控制方案的可行性和正确性。     

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%。     

不同拾取端的动态无线电能传输系统研究

为研究不同拾取端对动态无线电能传输系统的影响,首先使用诺以曼公式对互感进行数值分析,以探究耦合机构互感的变化对系统的传输效率和拾取端电压影响;再通过等效电路模型与基尔霍夫方程式,建立动态无线电能传输系统的数学模型,提取出系统传输效率与品质因数、耦合系数、负载和邻近线圈电阻值的关系式;最后通过制作不同拾取端的耦合机构,包...     

具有可变增益恒压特性的三线圈WPT系统补偿网络结构及参数确定新方法

含有中继线圈的三线圈无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统可以提高系统的传输距离和传输效率。文章基于耦合电感模型分析,并建立传统串联/串联/串联(series/series/series,S/S/S)补偿结构的三线圈磁耦合系统数学模型,但该数学模型不够直观,不易对磁耦合系统除自感谐振式外的其他补偿参数确定方法进行分析。因此,提出利用变压器T网络模型进行三线圈磁耦合系统建模的新方法。基于所获得的解耦电路模型和等效漏感补偿理论,确定串联/串联/串联-并联(series/series/series-parallel,S/S/SP)、并联/串联/串联(parallel/series/series,P/S/S)、并联/串联/串联-并联(parallel/series/series-parallel, P/S/SP)补偿结构,提出S/S/S、S/S/SP、P/S/S、P/S/SP补偿结构的参数确定方法。所提方法在磁耦合系统不变的情况下,通过补偿电容及等效变比的设计,获得可变增益恒压的输出特性。该方法电路模型简单,设计思路清晰,参数选择灵活,有助于拓宽输出电压增益范围。     

带E类功放的磁耦合谐振无线输电系统源线圈优化

首先为磁耦合谐振式无线输电系统设计了一款E类功放作为系统输入端电源。鉴于E类功放性能易受负载参数影响,通过优化无线输电系统源线圈结构来降低因E类功放特性造成的系统性能下降。提出了三类源线圈结构,在多负载情况下分别测试负载两端电压变化情况,对比研究各结构下负载间耦合情况对负载电压的影响和各结构下系统的传输效率。研究发现多源线圈单谐振结构能通过利用负载间的耦合来降低由磁场分布引起的负载电压变化。而在E类功放下,串联型分立的多源线圈多谐振结构易造成系统性能下降,负载间耦合对负载影响也十分明显。     

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。     

应用于无线电能传输系统的三相单开关功率因数校正方法

为降低无线电能传输系统工作过程中对电网的谐波污染,提出了一种采用三相单开关Boost电路的有源功率因数校正控制方法。通过对串联谐振式无线电能传输系统的有源功率因数校正电路工作条件的分析,研究了线圈耦合系数对有源功率因数校正控制效果的影响。利用三相单开关Boost电路的输出特性和串联谐振电路的阻抗特性规律,对系统在变耦合系数情况下的工作点进行校正,实现较高功率因数输入和相对高效率的输出。实验结果表明,所提出的校正控制策略对变耦合系数无线电能传输系统有减小输入电流畸变、提高功率因数和效率的控制效果。     

基于赫姆霍兹线圈LCC-S型多负载无线电能传输系统的研究

针对多负载无线电能传输系统存在负载之间功率分配不均及取放负载时对其他负载有影响的问题,提出了基于赫姆霍兹线圈LCC-S型多负载无线电能传输系统。首先,利用电路互感模型对该系统进行了建模分析,推导出了流过发射线圈的电流、输出电压及效率的表达式,研究了工作频率和负载个数对效率的影响,该系统还具有恒压输出的特性。其次,为了使发射线圈产生的磁场更加均匀,发射线圈采用赫姆霍兹线圈,利用有限元仿真软件设计了两种赫姆霍兹线圈,这两种赫姆霍兹线圈在轴中心附近的较大范围内产生均匀的磁场。最后通过仿真验证了理论分析的正确性。     

自激推挽式无线电能传输系统研究

基于对推挽式自激振荡电路原理的详细分析,通过研究发射线圈电压电流的特性,建立了系统的电路等效模型,并采用理论计算和仿真分析验证了系统的性能。同时将自激推挽式无线电能传输系统应用于传感器节点的锂电池变距离无线充电中。最后搭建两线圈系统验证了自激推挽式无线电能传输系统具有频率自适应的能力;在一定范围内变耦合系数时能够输出稳定的功率并保持稳定的效率。当线圈间轴向距离在1-4cm变化时,自激推挽式无线充电系统可为锂电池提供500mA的稳定充电电流。     

基于无线能量传输的充电平台设计及其性能分析

无线能量传输作为一种新型的电力传输技术,为数量飞速增长的电子产品提供了便捷的充电方式,然而大功率驱动电路、充电距离和效率一直是制约无线充电技术实际应用因素.针对这些问题,基于磁耦合无线能量传输理论,对无线充电的等效电路进行了理论分析,探讨了影响充电效率的主要因素.以STM32单片机作为控制核心,通过设计大功率H桥式驱动电路、整流电路等,研制并搭建了无线能量传输充电实验平台,并对系统工作频率、无线充电距离以及有无中继线圈对系统性能的影响进行了实验和分析.结果表明所设计的无线能量传输充电平台具有相对完整的功能,且在24 V驱动电压、2 cm充电距离的情况下,负载接收功率达到了2.5W.     

干扰因素下无线电能传输频率控制算法研究

为了提高无线电能传输WPT(wireless power transmission)负载端接收功率以及效率,增强传输的稳定性,研究无线电能传输系统过耦合干扰因素下无线电能传输频率控制算法,解决在该种干扰因素下频率分裂引起的传输功率下降问题。采用自适应频率跟踪WPT系统,依据DSP控制DDS(direct digital synthesis)自动调节输出频率,完成无线电能传输频率的自适应跟踪控制。采用改进粒子群优化算法,以进化因子和时间变动为依据进行自适应调整粒子的惯性权重和学习因子,提高粒子寻求最优解的速度和粒子算法的搜索力,获取无线电能传输系统功率和效率的最优值,增强频率跟踪的速度和精度。结合Zigbee,向DSP中植入改进粒子群优化算法,控制无线电能传输系统射频源频率,完成无线电能传输系统功率和效率同步频率跟踪,增强过耦合运行状态下无线电能传输负载端接收功率及效率。实验表明,该控制算法可在临界耦合点前提高无线电能传输系统整体功率,且能提高无线电能传输系统效率,系统发射端频率得到平稳控制,性能得到改善。     

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。