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.     

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。     

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。     

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。     

基于磁负超材料的无线电能传输系统

针对MCR-WPT系统的传输效率受距离约束程度高等问题,本文分析讨论了磁负超材料介质板对MCR-WPT系统传输效率的影响,推导并验证了磁负超材料介质板对消逝波传输的增强作用。利用HFSS构造了一种工作在ISM频段的MCR-WPT系统,并设计了一种适合该MCR-WPT系统的低频平面螺旋型磁负超材料介质板。当系统工作频率大于25MHz时,该低频磁负超材料介质板表现出磁负特性。通过将所设计的不同周期排列的磁负超材料介质板放置在MCR-WPT系统的不同位置,研究了不同条件下螺旋型磁负超材料介质板对系统传输效率影响。仿真和实验结果表明:在MCR-WPT系统发射端插入小尺寸磁负超材料介质板、接收端插入中等尺寸磁负超材料介质板时,系统传输效率能够得到有效提高;在传输距离不变的前提下,加入磁负超材料介质板后MCR-WPT系统的传输效率至少提高20%,其中实验平台中系统传输效率提高了近30%。     

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。     

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。     

MCR-WPT系统负载特性分析及线圈参数设计

在磁耦合谐振式无线能量传输技术中,系统电气参数的变化会对传输性能产生重要的影响,因此,研究二者之间的关系对提高系统的传输性能具有重要意义。线圈作为该技术的核心部件,其参数的设计受到诸多因素的限制,如何兼顾系统的功率和效率对线圈参数进行合理的设计一直是该技术的难题。为此,文中基于等效电路理论建模,着重研究了系统的负载特性,结果表明:在磁耦合谐振式无线能量传输系统中,不存在最佳负载使系统的输出功率和传输效率同时达到最大。利用MATLAB验证了理论分析的正确性。其次,通过MATLAB仿真分析了线圈的匝数、平均半径对系统传输性能的影响规律。研究表明:在普通负载状态下,系统的输出功率随着线圈匝数和平均半径的增加均表现出先增加后减小的趋势。在此基础上,以60 W负载灯泡为例对线圈参数进行设计,在传输距离为0.5 m时,传输效率可达到94%。理论计算结果证明了参数设计的可行性和实用性。     

磁耦合双模无线电能传输系统研究

磁耦合感应式无线电能传输(MCI-WPT)感应区域传输效率高,而磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)谐振区域传输效率高,为解决两者优势不可兼得的问题,提出磁耦合双模无线电能传输(MCB-WPT),引入转换开关组,实现磁耦合无线电能传输系统拓扑结构可控,使其可工作在MCI-WPT和MCR-WPT双模式下,在一定范围内,实现最佳能量传输。建模分析MCI-WPT与MCR-WPT传输效率与传输距离的关系;提出MCB-WPT方案,建立其传输效率模型,并给出MCB-WPT系统设计方法和控制策略。实验证明,MCB-WPT在感应区域和谐振区域均可获得较高传输效率。     

基于最优负载匹配WPT系统的最大效率跟踪

磁耦合谐振式无线电能传输MCR-WPT(magnetically-coupled resonant wireless power transfer)因其具有在中长距离传输较大电能的优势,获得较高的潜在应用价值.针对一类具有串-串结构等效电路的MCR-WPT系统,首先分析其传输效率,得出发射和接收回路同时处于相同频率的谐...