基于高偏移阈值的补偿感应耦合电能系统传输特性分析

在传统感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统拓扑中,系统谐振频率的漂移会引起耦合效率的下降。针对该问题,本文提出一种新型的基于PSS(原边采用并联串联补偿,副边采用串联补偿)补偿的ICPT系统拓扑。对其电路模型进行了分析和建模,得出不同品质因数下,补偿系统的电压、电流增益、传输效率的特性曲线,该补偿拓扑具有较高的补偿因数;分析了系统中补偿系数对谐振元件电压电流的应力影响,选取合适的补偿系数以降低系统的设计成本。最后,设计了1台基于PSS补偿拓扑的ICPT系统样机,实验验证了对PSS补偿拓扑的特性分析。     

单管逆变ICPT系统两种补偿网络的对比研究

针对无尾果蔬机在使用过程中电机负载不断剧烈变化容易造成单管感应耦合电能传输ICPT(inductively coupled power transfer)系统中开关管和副边整流管损坏等问题,系统研究了单管逆变ICPT系统拓扑及其并联-并联PP(parallel-parallel)和并联-串联PS(parallel-series)补偿网络电路特性。通过建立数学模型,分别分析了PP和PS补偿网络各个参数间的关系,给出了其对应的电压增益和输出电压特性曲线;并用电路仿真软件分别对PP、PS系统在负载动态切换时的开关管耐压与输出电压波形进行了仿真。分别搭建了PP和PS补偿下额定输出功率为1 kW的单管逆变ICPT系统样机,对理论分析和仿真结果进行了实验验证。     

饱和电抗器LCL补偿感应式无线电能 传输系统谐波特性分析

针对LCL-S拓扑补偿的感应式无线电能传输系统,分析其频率分叉特性,获得了次谐振点频率的特点。通过设计感应耦合功率传输(ICPT)系统的参数能够消除频率分叉,提高系统的稳定性。得到了一般固有谐振点工作时,系统的输出功率较次谐振点的输出功率低的结论。为提高ICPT系统的可控能力,提出一种一次侧采用直流可控饱和电抗器的LC复合谐振网络的ICPT电路,基于互感模型和电路理论,详细分析输出电压的特点。以方波脉冲作为系统电源,饱和电抗器产生的高次谐波电流经过补偿网络能够传输到负载,提高系统传输功率。利用有限元软件建立饱和电抗器模型进行仿真,搭建实物样机系统进行实验,仿真结果和实验验证了理论分析的正确性。     

LCL复合谐振型电场耦合式无线电能传输系统传输特性分析

针对LCL复合谐振型电场耦合式无线电能传输(ECPT)系统的参数敏感性较高的问题,基于阻抗变换原理建立系统的电压增益模型,分析负载品质因数Q、LCL网络电感比值k以及电容比值a和b对系统电压增益的影响规律;给出使系统电压增益相对变化率不高于40%的4个参数选值区间,实现高阶ECPT系统的低参数敏感性运行;最后通过实验验证电压增益模型和参数选值区间。所获得的研究结果为ECPT系统的实际设计提供了较好的理论指导。     

基于混杂自动机的双向ICPT系统建模及控制

针对双向感应耦合电能传输(ICPT)系统的混杂特性及移相控制方法下系统启动、不同功率传输模式切换时电流波动大的问题,分析了双LCC型补偿拓扑双向ICPT系统的拓扑特性,给出了双向ICPT系统变换器运行的各工作模态.基于混杂自动机理论建立了双向ICPT系统的混杂自动机模型,推导了系统在不同工作模态下的状态空间方程,并根据...     

多负载移动式ICPT系统的研究

针对目前感应非接触电能传输(ICPT)系统在负载可变或多负载时存在的问题,对多负载移动式ICPT系统进行了研究。介绍了多负载移动式ICPT系统主要结构及关键的技术问题。建立了多负载移动式ICPT系统的电路模型,研究了工作频率对系统传输功率的影响,给出了系统参数设计方法。建立了系统的传递函数模型,提出恒流控制策略,分析了等效负载的变化范围,并进行了仿真和实验验证。     

单管无线电能传输系统主电路参数的优化设计

常见的单管逆变电路只能在开关管开通或关断期间实现能量传输。本文提出了一种单管感应耦合式电能传输系统,该系统不仅可以实现零电压开通和零电压关断,而且在两种开关状态下都能传递能量。为了使该设计方案能够高效、稳定地传输能量,给出一种基于电压传输特性的主电路参数设计方法。在对主电路进行动态分析的基础上,对其谐振网路进行了等效变换,得出系统的电压增益函数。在优化原副边谐振频率的过程中得出了开关管实现ZVS的条件和系统实现最大电压增益的参数配置。完成了系统全局最优设计。最后通过仿真和实验验证了设计的正确性。     

补偿参数对并串型单管谐振ICPT系统影响

以并串型单管谐振感应耦合电能传输(ICPT)系统为研究对象,为了能够在磁耦合机构不变的情况下通过改变补偿参数来满足系统输出.此研究首先基于互感等效模型对系统进行建模分析,得到系统开关管两端电压不超过开关管耐压值和实现零电压开通需要满足的约束条件,然后在该约束条件下,进一步分析补偿参数对输出功率和电压增益的影响,最后通过实验验证了理论分析的正确性.     

采用CCL/LCC复合谐振网络的电流型ICPT系统

为实现感应耦合电能传输(ICPT)系统在负载及气隙变化时的输出电压和工作频率恒定,提出了一种采用CCL/LCC复合谐振网络的电流型ICPT系统。首先,在基波条件下,依据变压器漏感模型建立系统等效电路,得到了输出电压增益与输入阻抗的表达式;然后,通过系统参数优化设计,推导出了动态负载下系统恒压供电和谐振工作频率稳定的条件。另外,当气隙变化时,利用动态调谐技术重新补偿耦合电感,可使得输出电压和工作频率在气隙变化前后保持不变。系统特性分析表明,所提出的CCL/LCC复合谐振网络电流型ICPT系统,在负载和气隙变化时可以保证输出电压和工作频率稳定。最后,实验验证了理论分析的正确性和有效性。     

感应耦合传输系统的建模分析

针对非接触电能传输(ICPT)系统负载变换时造成原边回路电流不能保持恒定的问题,介绍了一种新型的基于LCL谐振补偿网络的ICPT系统拓扑结构。建模分析了基于LCL补偿的ICPT系统的等效电路模型,并对LCL型ICPT系统所表现出的恒流、恒压特性进行仿真分析和验证,为ICPT系统的设计和分析提供了良好思路。     

动态负载ICPT系统稳频稳压特性研究

为保证感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统在动态负载工作模式下频率和输出电压的稳定性,提出一种通过对ICPT系统谐振耦合拓扑机构优化选型,并对系统参数进行优化设计,从而实现系统稳频稳压(stable frequency stable voltage,SFSV)输出的新方法。通过对系统谐振网络等效电路进行分析,给出动态负载工作模式下ICPT系统谐振耦合机构优化选型依据,并给出系统谐振耦合环节参数优化设计步骤和方法。最后,通过实验验证理论分析的正确性。     

宽温度范围下感应耦合电能传输系统软开关技术

以石油钻井装置中的电能无线传输技术应用为背景,针对宽温度范围下系统参数变化导致系统偏离软开关工作点,造成系统传输性能下降甚至无法工作的情况,通过实验分析研究,给出感应耦合电能传输(ICPT)系统主要参数随温度变化的规律;基于频闪映射建模方法和周期不动点理论对主电路进行建模分析,给出系统谐振频率随温度变化的关系,为调整驱动频率实现系统软开关控制提供依据;提出一种查表法和扰动观察法相结合的控制方法,实现了ICPT系统在宽温度范围下的软开关控制。最后,通过仿真和实验验证了所提理论和方案的可行性和有效性。     

感应耦合无线电能传输系统的能量法模型及特性分析

感应耦合无线电能传输(ICPT)基于电磁感应原理,目前采用电路模型的分析方法,由于该方法无法深入了解ICPT系统能量传输的过程,所以提出了一种ICPT系统的能量法建模方法,建立了串联—串联(SS)、串联—并联(SP)、并联—串联(PS)和并联—并联(PP)型4种ICPT系统的能量法模型,分析了能量法模型与耦合模型的相互关系,研究了它们的等效性及数学意义上的等效条件,并通过MATLAB仿真研究,证明了理论分析的正确性。此外,目前ICPT系统与磁耦合谐振式无线电能传输(MCRWPT)系统原理相混淆,因而基于能量法模型分析了ICPT系统与MCRWPT系统在原理上的区别,得出只有在谐振、弱耦合、高品质因数的物理条件下,SS型ICPT系统才与MCRWPT系统等效,由此阐明了ICPT系统与MCRWPT系统原理上的差异性,为进一步精确设计和优化ICPT系统与MCRWPT系统设计提供了模型基础。     

感应耦合电能传输系统不同补偿拓扑的研究

比较了感应耦合电能传输(ICPT)系统的拓扑.讨论了ICPT系统中几种不同的补偿形式,包括单谐振补偿和多谐振补偿拓扑,并推导出匝比为1时每种拓扑的电压电流增益.为了最小化器件的电压电流应力和优化参数设计,介绍了谐振电路功率因数的概念.由分析结果及得到的曲线图可知,在单谐振补偿拓扑中,一次侧串联补偿与其余几种相比更能抵消漏感的影响.而几种多谐振补偿拓扑的效果则明显优于单谐振补偿拓扑.分析和比较了不同参数变化时的特性曲线,以便于进行电路设计.最后以一次、二次侧都进行并联补偿的一种电流型ICPT电路为例进行实验验证,以说明实际系统的性能.     

基于双侧F-LCLC网络的恒压型电场耦合无线电能传输系统

电场耦合无线电能传输(ECWPT)系统借助高频电场作为能量介质来传输能量。在实际应用中,许多用电设备需要工作在稳定电压下。为了满足这种需求,提出了一种基于双侧F-LCLC谐振网络的恒压型ECWPT系统,在无需额外设置检测与调节电路的条件下,实现了输出电压不随负载的变化而改变,同时保证系统始终工作于零相角(ZPA)状态。分析了F-LCLC谐振网络正向与反向两种形式的传输特性,给出了网络输出电压与其负载阻值无关的条件,并研究了系统的总谐波畸变率、恒压特性及参数敏感性,在此基础上给出了系统主要参数的设计方法。最后,通过仿真与实验验证了所提出系统的恒压特性以及参数设计方法的正确性。     

基于临界导通模式的单位功率因数感应式非接触电能传输系统接收端参数设计方法

现有电磁感应式非接触电能传输(ICPT)系统单位功率因数电能接收端参数设计过程需要反复仿真迭代、设计过程较为繁琐。为解决上述问题,提出一种近似解析法求解单位功率因数ICPT系统接收端参数设计方法。在分析临界导通模式(CRM)LCL谐振变换器激励下整流桥工作状态的基础上,采用微分方程建立了LCL谐振变换器的输入电压、电流的数学模型。并利用LCL谐振变换器并联谐振电容的基波电压对其实际电压进行近似处理,给出交流侧接CRM LCL谐振变换器的整流电路等效电感和等效电阻计算方法。进而提出CRM LCL谐振变换器的参数设计方法,使得CRM LCL谐振变换器工作在接近单位功率因数状态。最后,搭建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LCC拓扑的ICPT系统混合补偿方法及验证

针对感应耦合电能传输(ICPT)系统的四种基本补偿结构在负载固定时无法调节系统传输功率的缺点,提出基于LCC拓扑的混合补偿方法,包括LCC/S与LCC/P两种补偿结构。利用高阶LCC结构与一阶串/并联结构的联合应用,不仅能够调节ICPT系统的传输功率,其相比于双LCC结构又能减小无功器件的使用,减小系统的复杂度。首先给出了基于互感模型的LCC/S与LCC/P的结构原理图,推导出两种结构的负载特性、功率特性等多个系统特征,并使用有限元仿真软件Comsol对两种补偿结构的软开关可行性、传输功率及传输效率进行了对比分析,证明了提出理论的可行性。最后,对运行频率发生偏移时的输出功率特性进行了仿真分析,为ICPT系统的补偿设计提供了思路。     

浮标ICPT系统双LCC-S混合补偿方法研究

为了保证浮标感应耦合电能传输(ICPT)系统在负载变化时仍然能够稳定工作,基于LCC拓扑电路,建立双LCC-S补偿型浮标ICPT系统模型,并提出一种实现水上初级线圈电流幅值恒定,负载端电压稳定输出的方法.首先分析了水下拾取端串联补偿的恒压特性,然后根据反射阻抗的特点,分析了系泊钢缆回路LCC拓扑、水上初级回路LCC拓扑的恒流特性.推导出了浮标ICPT系统各个回路补偿拓扑参数配置的约束条件,并据此设计了合理的ICPT系统参数来搭建样机进行实验,以验证理论分析的正确性.实验表明,系统在20 V电源时,水上发射线圈电流与接收端电压在负载变化时仍然能够保持稳定.     

一种基波电流补偿高次谐波电流的LCCL谐振结构参数设计方法

针对现有对称型LCL谐振结构引起电磁感应式无线电能传输(ICPT)系统逆变器功率管非零电流关断问题,提出了一种LCCL谐振结构基波电流补偿高次谐波电流的方法。摒弃了传统对称型LCL谐振结构保持输入、输出阻抗呈现纯电阻特性的思路,通过采用基波无功电流的超前输入电压相位来补偿高次谐波电流落后输入电压相位的方法,提出了一种四阶LCCL谐振结构参数设计方法。所提出的方法可以实现ICPT系统逆变环节的零电流关断。针对所提出的LCCL谐振结构参数设计约束条件较多、设计过程较为困难的问题,提出了非线性规划求解LCCL谐振结构参数方法。对所提出的方法进行了仿真与实验分析。仿真和实验表明,采用所提LCCL谐振结构参数设计方法,在ICPT系统逆变器关断瞬间,功率管进入反并联二极管续流状态,通过功率管的电流瞬时值为0,实现了ICPT系统逆变模块的零电流关断。     

电流型松散耦合电能传输系统的建模分析

在介绍了松散耦合电能传输(ICPT)系统的基本概念和结构的基础上,对其特性进行了一些讨论,利用互感模型提出了一种对电流型ICPT系统建模的方法.由等效电路图,经过合理的近似和等效变换,对该系统进行了建模分析,并基于Steinmetz方程,对变压器的损耗进行了一些探讨,该模型可以用来较为精确地估算系统容量、输出电压、谐振频率等.最后通过实验进行了验证.