基于磁耦合谐振的无线能量传输的实验研究

磁耦合谐振技术作为中距离高效无线能量传输技术,与传统无线能量传输技术相比具有传输效率高、条件要求低等明显优势,目前国内对此技术的研究大都处于探索阶段。为了准确把握技术核心以及关键点,本文首先建立了无线电能传输模型,并在此基础上利用互感原理和耦合理论对传输效率进行了推导,得出了谐振频率、线圈互感、线圈品质因数等影响传输效率的关键因素。随后,通过大量实验验证了上述理论分析结论,并且对理论推导结论中未体现的因素进行了实验探索,所得结果对原有理论进行了有益补充,在实验室条件下实现了传输效率为60%、接收功率为2W的电能传输。另外,在对发射谐振频率和接收谐振频率与系统谐振频率的关系分析中,利用互感理论解释了接收端谐振频率与系统谐振频率相同的必要性。最后,总结了在磁耦合谐振式无线能量传输技术应用过程中提高传输效率和有效传输距离的若干方法。     

基于磁耦合共振的线圈特性影响分析

针对磁耦合共振式无线能量传输技术的特点,通过建立规范化得数学计算模型,研究线圈关键参数的相互影响以及各自对系统能量传输距离,效率和功率的影响.并通过三维电磁仿真软件(HFSS)为线圈主要参数如对线圈自感以及互感的性能影响作了仿真分析.提出了一套共振线圈参数设计与调谐方法,对磁耦合共振技术研究的理论指导和参数选取有较好的指导意义.     

磁耦合谐振式无线能量传输系统负载特性研究

介绍了磁耦合谐振式无线能量传输系统工作原理,通过分析原理及实验条件约束选择初级串联拓扑结构,并对次级串联和并联拓扑结构进行了理论分析,探究负载阻抗对接收功率和传输距离的影响。设计并实现了一种磁耦合谐振式无线能量传输系统,通过实验验证了理论分析的有效性,并对实验结果进行了综合分析。     

基于磁耦合谐振无线能量传输系统传输效率的研究

磁耦合谐振无线能量传输技术是一种近几年才被提出的前沿技术,它适合于中等距离上电能的无线传递。本文基于空间两空心线圈的互感耦合模型,从电路角度推导了PSSS系统传输效率的表达式,通过MathCAD计算软件分析了系统传输效率关于电源频率、副边负载、空间线圈距离的关系。再通过设计一组空心密绕型线圈,用SP1651功率信号发生器做电源,对传输效率的理论分析进行验证,实验结果验证了理论分析的正确性。最后在以上分析的基础上,设计制作了基于L6599半桥逆变的PSSS无线能量传输装置;该装置谐振频率93.79khz,传输功率15W,传输效率达到87.1%。     

磁耦合谐振式无线能量传输的阻抗匹配特性

针对无线电能传输过程中传输效率随匹配阻抗大小变化的特点,提出两种阻抗匹配的方法:一种是基于步进电动机通过检测网络反馈信号,控制网络通过GA神经网络算法控制步进电动机,改变电容实现阻抗匹配;另一种是基于直直变换器中Cuk电路的占空比大小来匹配阻抗的方法.在负载和线圈之间嵌入单相桥式整流电路和Cuk升降压变压器实现匹配.根据最大传输功率理论,定量分析了改变电路的阻抗值大小,使系统的传输功率及效率最大.在MATLAB/Simulink平台验证了两种阻抗匹配设计方案的有效性.结果 表明,利用基于步进电动机和Cuk电路的阻抗匹配方法可以实现最佳阻抗值匹配,使无线电能传输效率最大化.     

磁耦合共振单发双收系统传输特性分析

针对电器设备、武器系统等应用中存在一个能量发送端同时为多个负载非接触供能的情形,基于磁耦合共振的无线能量传输原理,建立了磁耦合共振"单发双收"理论模型,求解出"单发双收"系统输出总功率的数学计算公式。理论分析发现"单发双收"系统传输特性与"单发单收"性质类似,即当发送线圈和接收线圈距离的耦合系数较大时,系统存在共振频率分叉现象,并随收发端距离的增大,频率分叉现象逐渐消失。当系统存在两个接收端时,共振频率随径向距离的变化而变化,并且两接收端耦合越强,偏移现象越明显。利用OrCAD仿真软件和实验手段对系统传输特性进行仿真分析和实验研究,结果显示,实验、仿真结果与理论分析结论相吻合,文中所建磁耦合共振"单发双收"理论模型能准确描述系统传输特性。     

磁耦合谐振无线传输系统传输特性的研究及优化

以提高磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率为目标,对系统多参数匹配问题进行优化,使得无线电能传输系统整体工作在最佳状态。利用Matlab仿真软件对影响磁耦合谐振式无线电能传输系统效率的频率、传输距离、负载阻值3个关键参数进行研究。然后以提高系统传输效率为目标,利用自适应粒子群优化算法,寻找这3个关键参数的最优匹配值。最后对自适应粒子群优化算法进行仿真,得到了最优解对应的参数值。仿真结果证明该方法的有效性,研究对磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率优化有指导意义,具有一定的实用价值。     

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.     

一种小尺寸磁谐振耦合无线能量传输系统的实验研究

随着科技的进步,越来越多的小型家用电器、体内植入器件等电子设备得到广泛应用.但能量供应问题制约了设备的发展,尤其是体内植入器件,电池的续航问题未得到有效的解决.磁耦合谐振无线能量传输技术作为一种新的无线能量传输方式,能够实现中距离传输电能,可解决上述问题.本文应用Ansoft软件对磁耦合谐振系统工作时的电场分布进行仿真分析,同时将系统放置于空气、模拟人体组织液、新鲜猪肉中进行实验,对系统传输效率进行实验研究.实验表明系统可以在上述环境中满足体内植入器件等用电设备的供电需求,能有效解决植入器件的能量续航问题,具有广阔的应用前景.     

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%。     

磁共振耦合电能传输系统功率与效率传输特性分析与优化

功率和效率是电能传输系统的两个重要指标,利用理论分析结合实验研究的方法,探讨磁共振耦合无线电能传输系统的功率和效率传输特性。分析指出负载功率与系统效率频率响应曲线均存在分叉现象,收发端参数相同的传输系统的负载功率频率响应曲线呈近似对称形状,分叉现象消失前的负载功率不随收发端距离的变化而变化;参数非对称系统频率分叉时存在主从共振频率之分,且负载功率会随收发端距离的增大先增大后减小。理论推导出系统临界耦合系数及功率最优传输条件下的收发端优化耦合系数数学表达式。针对峰值功率与峰值效率工作频率点不重合的特性,提出了基于信息反馈的能效优化控制策略,借助能量传输通道,利用负载调制技术将接收端工作状态向发送端实时反馈,实现能量传输过程的闭环控制。文中理论分析结论与实验结果相一致。     

磁谐振无线电能传输系统线圈设计综述

线圈是无线输电系统中实现电磁耦合谐振的核心部件,具有高品质因数和均匀磁场的线圈是无线电能传输系统获得高传输效率和稳定输出的重要保证。基于磁谐振无线电能传输系统的基本结构和工作原理,总结了磁谐振无线输电系统中线圈的主要设计方法。首先介绍了常用的线圈类型和线圈尺寸的优化选择;然后对比了不同的线圈电感计算公式的适用范围;最后论述了线圈内阻、匝间距等参数对磁谐振无线输电系统传输效率和输出功率的影响。此工作对磁谐振无线电能传输系统的线圈优化设计有一定的指导意义。     

近场磁谐振耦合能量传输系统的建模与分析

基于文献[5]的工作实现了一种通过谐振磁耦合机理进行能量传输的电路系统。与文献[5]中的不同是通过引入高频功率电子技术提高系统效率,并对其实现方案和分析方法进行了研究和拓展。结合耦合模理论和集总电路建模的优点,对系统的功率传输能力、传输效率和频率特性三个重要特性进行了分析,并推导出系统的最佳工作条件。仿真计算和实验结果验证了实现方案和建模思路的正确性。     

近场磁谐振耦合能量传输系统的建模与分析

基于文献[5]的工作实现了一种通过谐振磁耦合机理进行能量传输的电路系统。与文献[5]中的不同是通过引入高频功率电子技术提高系统效率,并对其实现方案和分析方法进行了研究和拓展。结合耦合模理论和集总电路建模的优点,对系统的功率传输能力、传输效率和频率特性三个重要特性进行了分析,并推导出系统的最佳工作条件。仿真计算和实验结果验证了实现方案和建模思路的正确性。     

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。     

磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制研究

采用频率为100~500 kHz的高频逆变器为无线电能传输(WPT)提供高频交流电源,并基于此研究了WPT的频率跟踪控制以解决频率失谐带来的不良影响。通过理论分析得出,当磁耦合谐振式WPT采用SS或SP拓扑时,可以直接跟踪发射端电流频率,而对于接收端电流,需先将其经过一定处理才可作为被跟踪的信号。经过仿真得出,即使起振频率偏离系统固有谐振频率,直接跟踪发射端频率后也能使电路的工作频率稳定在固有谐振频率,而直接跟踪接收端电流时,电路的工作频率偏离固有谐振频率较远。在理论分析和仿真研究的基础上,实验验证了直接跟踪发射端电流频率的WPT。     

谐振式电能无线传输中频率与距离的关系分析

对谐振耦合电能无线传输系统进行了理论推导,得出在等效阻抗虚部为零时系统达到谐振状态,传输效率可达到最大的结论,并用MATLAB仿真得出在频率分裂的情况下谐振频率与传输距离之间的关系曲线,用实验数据验证了结论的正确性。