带中继谐振器的磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率特性分析

探讨了带中继谐振器的磁耦合谐振式无线电能传输MCR-WPT（magnetic coupling resonant-wireless power transfer）系统的传输效率优化问题。通过构建和分析带中继线圈的等效电路模型,引入功率传输性能参数|S_ij|²推导出当中继线圈和接收线圈位置固定时,发射线圈和带中继谐振器之间的最佳耦合系数的闭合形式解,进而确定发射线圈和带中继谐振器之间的最优距离,实现总系统传输效率最大化。通过线圈设计及相关实验,验证了分析结果与实验结果的一致性。研究结果表明,MCR-WPT系统可方便配置最佳耦合系数以实现电能传输效率最大化,为带中继谐振器的WPT系统效率优化提供重要参考。     

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。     

磁耦合谐振三线圈无线电能传输的交叉耦合效应及电抗补偿

在具有中继线圈的磁谐振耦合无线电能传输系统中,非相邻线圈的交叉耦合有可能对系统的工作状态产生扰动,这通常导致系统传输功率和效率的降低。针对单中继线圈的无线电能传输系统,从其等效电路归一化模型入手,详细分析发射线圈和接收线圈之间的交叉耦合对各回路电流和系统传输功率、效率的影响。给出了交叉耦合效应是否可忽略的判定条件,并提出了一种简便的在各回路中通过附加串联电抗以补偿三线圈(发射—中继—接收)无线电能传输系统交叉耦合效应的方法,通过数值仿真计算和实验证明了该方法的可行性。     

双中继和三中继线圈位置参数对无线电能传输功率的影响

提出使用带多个中继线圈的电磁谐振式无线电能传输技术来解决智能电网中高压侧电子设备的供电可靠性和稳定性问题。建立了多中继线圈无线电能传输的理论模型,给出了线圈互感、负载功率和传输效率的计算方法,对双中继和三中继情况下线圈间距变化时的负载功率和传输效率及总距离一定时中继线圈位置的变化对传输功率的影响进行了仿真计算,得到了负载功率最大时的线圈位置和对应的传输效率,并进行了实验验证。结果表明,双中继和三中继时,中继线圈能够大大提高传输的功率、效率和距离;负载功率最大时,中继线圈位置并非等距排列,对不同参数的系统需要进行仿真计算和实验来确定中继线圈的最佳位置。     

磁谐振LED供电系统的传输特性分析

针对无线电能传输系统中输出功率和传输效率问题,以近场磁谐振耦合LED无线供电系统为对象,利用耦合模式理论(CMT)建模方法对系统的输出功率和传输效率等传输特性进行优化分析。通过CMT构建出无线电能传输网络的等效耦合模型,导出输出功率与耦合系数、传输效率与耦合系数间的量化关系式,进而确定出系统的最大输出功率表达式。最后,结合磁谐振LED供电系统实验结果,验证了所构建耦合模型的有效性和理论分析的正确性,初步论证了磁谐振无线电能传输的工程潜在应用可行性。     

三线圈磁谐振式无线输电系统传输效率的优化

磁谐振式无线电能传输系统的传输效率是评价整个系统的重要指标。针对单中继的三线圈磁谐振无线电能传输系统,运用等效电路理论和二端口网络理论推导系统在磁谐振状态下的传输效率公式,并对效率公式进行优化。当中继线圈与接收线圈之间的距离已固定时,在不改变系统各元件参数情况下,通过调节发射线圈与中继线圈间的距离,使其和中继线圈与接收线圈之间的距离满足一定关系,系统的传输效率可得到显著提高。最后,开发了一套三线圈输电系统,实验验证了理论的正确性。     

远距离小功率无线电能传输系统性能优化研究

针对远距离小接收端情况的磁耦合共振无线电能传输系统性能参数--传输功率和传输效率较低的问题,本文采用三线圈结构,利用等效电路理论研究提升传输功率和传输效率的方法。在分析传输功率、传输效率与传输距离、负载阻值以及负载串联或者并联接入方式之间关系的基础上,得到功率和效率表达式。通过Pspice仿真得知:三线圈结构能够有效提高传输功率和传输效率;不同阻值负载配合不同接入方式有助于保证系统工作性能。最后,利用所设计的远距离小功率无线电能传输系统,通过实验验证了理论分析的正确性。     

具有中继谐振线圈的磁耦合谐振无线电能传输系统

论文首先通过耦合模理论建立了具有中继谐振线圈的磁耦合谐振式无线电能传输系统的高阶数学模型,在此基础上分析了该系统耦合系数、谐振线圈衰减率及负载端衰减率对系统传输效率的影响,并进一步得出了系统取得最大传输效率所需满足的约束条件和控制函数。最后根据理论分析搭建相关系统进行仿真和实验,并与无中继线圈的无线输电系统做了对比,结果验证了约束条件及控制函数与最大传输效率理论分析的正确性,以及该系统在能量传输距离和效率方面的优势,为后续设计远距离、高效率的无线电能传输系统提供了有效的参考。     

基于中继线圈的WPT技术及其在高压设备中的应用研究

对无线电能传输(WPT)技术在高压设备中的应用研究现状进行了总结,介绍了几种基于无线电能传输技术的高压端设备供电电源的研究情况,建立了带有中继线圈的电磁谐振式WPT的数学模型,对中继线圈最佳位置和传输功率、距离和效率进行了仿真分析。结果表明带有中继线圈的电磁谐振式WPT技术能够满足高压设备的电源需求和绝缘要求。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的四线圈模型研究

针对目前磁耦合谐振式无线电能传输系统的四线圈结构理论不完善的问题,提出了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统的互感耦合理论模型,并用Matlab对四线圈无线电能传输系统的传输效率与线圈尺寸、互感系数和距离等参数之间的关系进行了详细的仿真分析。最后,搭建了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统实物模型,测量并分析了不同线圈间的距离对系统传输效率和负载电压的影响,验证了理论分析与实验数据的一致性,为分析磁耦合谐振式无线电能传输的四线圈结构提供了新的理论依据。     

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。     

基于DS-LCC拓扑抗偏移性的建模与优化

针对无线电能传输(WPT)系统中线圈偏移导致功率及效率波动问题,提出基于双边LCC(DS-LCC)拓扑WPT系统的改进模型。首先,对该模型进行传输特性分析,推导出不同横向偏移条件下线圈互感与传输特性间对应的函数式。其次,引入归一化方法并确定偏移后线圈匝数与耦合强度及线圈内阻的线性关系。在上述基础上通过对系统进行参数优化设计,实现特定横向偏移范围内系统输出功率和传输效率抗偏移性的提升。最后,搭建一台100 W的实验样机对理论分析进行验证。结果显示在0~20 cm的横向偏移范围内系统的输出功率始终高于80 W,传输效率始终高于70%。     

基于垂直中继的U型高压线路无线供电系统设计

为解决110 kV输电线路杆塔侧在线监测设备的供电问题,文中创新提出一种基于垂直中继的U型高压线路无线供电系统。首先结合互感耦合理论与有限元仿真,提出U型无线供电系统的整体设计方案,实现杆塔侧在线监测设备长距离、大功率、高效率、宽频带的无线供电。在此基础上建立系统级仿真模型,对U型无线供电系统的距离特性、频率特性、负载特性及电磁分布特性进行分析,验证了设计方案的可行性和电磁兼容性。最后搭建实验平台,在600 kHz的工作频率和1.2 m的传输距离下,系统输出功率达到73.58 W,能够满足杆塔侧在线监测设备的实际功率需求,为无线电能传输技术在高压设备供电领域的应用提供了参考依据。     

邻近耦合无线电能传输系统的高效屏蔽设计与优化

在无线电能传输技术的实际应用中,当多个距离相近的无线电能传输系统同时工作时,系统间漏磁场引起的耦合会对周围的电磁环境产生影响,干扰系统谐振参数,进而降低系统工作效率。针对此问题,文中设计了一种谐振屏蔽线圈以消除系统间邻近耦合,分析了其工作原理及其对改善邻近耦合和传输效率的影响。通过仿真及实验,研究了线圈形状及匝数对屏蔽效果的影响,并对屏蔽线圈进行了结构优化。结果表明,方形密绕线圈屏蔽效果较好,可有效降低系统间邻近耦合造成的参数扰动,有助于系统调谐以提高邻近耦合下的系统传输效率。     

磁谐振式无线电能传输效率优化方法研究进展

无线电能传输WPT（wireless power transfer）技术作为一种新型的电能传输方式以其高可靠性、实用性和安全性而备受关注。然而WPT能否替代传统的有线输电而成为通用技术,其最关键的影响因素之一就是传输效率。首先,针对WPT技术对于传输效率优化的迫切需求,系统综述了国内外在磁耦合谐振式WPT研究领域中关于传输效率优化方法的研究进展。然后,对WPT系统的研究进展进行了综述,分别从线圈优化设计、谐振链路改进、频率控制及阻抗调节4个方面,介绍了近年来国内外关于磁耦合谐振式WPT传输效率优化方法的研究进展。最后,对WPT技术传输效率优化研究的未来发展趋势进行了展望。     

线圈非同轴时磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率优化

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统的发射线圈与接收线圈非同轴放置时系统的传输效率过低的问题,运用耦合模理论,推导出系统的效率表达式。并以此为基础,分析发射线圈与接收线圈非同轴放置时,系统传输效率的变化规律。为解决发射线圈与接收线圈之间非同轴放置时系统效率过低的问题,提出一种基于混沌优化算法的参数动态调节方法,该方法能使系统几个关键参数实现最优匹配,有效提高系统的传输效率。最后,研制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理论分析的正确性。     

金属异物对电动汽车无线充电系统影响分析

针对电动汽车在无线充电过程中可能混入金属异物的情况,本文分析了金属异物置于无线充电系统能量传输区域时对无线充电系统参数及效率的影响情况。研究中使用有限元仿真软件建立了电动汽车无线充电系统平面盘式螺旋线圈3D电磁场仿真模型,通过理论分析和有限元仿真结合的方式研究了不同尺寸、不同材质的金属异物对无线能量传输系统的电磁场参数以及效率的影响,并进行了实验验证。研究结果表明,两种金属混入系统会产生涡流效应和磁效应,磁效应和涡流效应会对无线充电系统参数产生不同的影响,降低系统效率;其影响大小与金属的尺寸和位置密切相关;此外,金属的涡流效应会产生涡流损耗并导致温升,对充电系统是极大的安全隐患。     

基于耦合系数估计的电动汽车无线电能传输最大效率跟踪

电动汽车行驶(EV)过程中可通过无线电能传输(WPT)提高续驶里程,而车辆轴荷的改变或者路面状况引起的悬架振动会改变发射线圈和接收线圈之间的耦合系数,导致WPT系统远离最大效率传输点。为了解决WPT系统效率随着耦合系数的波动而偏离极值点的问题,以串串(SS)型拓扑为研究对象推导出耦合系数实时估计方程,在此基础上提出了一种新的最大效率跟踪控制方法,利用PI控制调节接收侧直流电流,从而使得WPT系统在耦合系数变化时也可以维持最大效率状态。仿真和实验结果表明了该方法的有效性。