磁共振无线电能传输系统的共振频率分析

针对磁共振无线电能传输技术的广泛应用,本文在充分考虑线圈间耦合作用的情况下,建立了两线圈磁共振无线电能传输系统的电路模型。利用互感耦合理论对系统的共振频率进行分析,得出了系统两种共振频率表达式,即线圈自谐振下共振频率和耦合作用下共振频率,并推导出在两种共振频率下系统负载功率及传输效率表达式。通过对两种共振频率下负载功率及传输效率随耦合系数的变化情况进行分析,得出两种共振频率在不同耦合条件下的优劣性能。利用Multisim电路仿真软件建立电路模型的仿真电路,对系统进行仿真实验。仿真结果表明,耦合作用下,共振频率的理论值与仿真值基本相同,误差均在1%左右;而在两种不同耦合条件下,负载功率和传输效率的理论值与仿真值基本相同,误差均在0.1%以下。该研究为磁共振无线电能传输系统进一步提高负载功率和传输效率提供一定的理论依据。     

磁耦合谐振式无线电能传输效率影响因素分析

对磁耦合谐振式无线电能传输系统模型进行分析,采用电路理论得出系统传输效率的表达式。通过MATLAB仿真得出系统传输效率随系统频率、负载、传输距离和谐振线圈参数变化的规律,得出磁耦合谐振式无线电能传输系统对系统频率、负载、传输距离、线圈半径、线圈匝数有最优值的结论,为提高无线电能传输效率提供了参考和借鉴。     

煤矿井下双路三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统

为提高煤矿井下无线电能传输系统的传输功率和效率,并降低各回路电容电压,改进了井下无线电能传输系统线圈的结构,提出了适合井下无线电能传输的传输系统。根据电路互感耦合理论,推导出无线电能传输系统的传输功率和效率的数学理论表达式,分别阐述了耦合系数和负载大小对传输功率与传输效率的影响。应用OrCAD与Matlab软件对传输系统各种影响因素进行仿真分析,在此基础上设计并制作了实验平台。实验得出此系统存在最佳效率传输距离,总体实验结果与理论仿真结果一致,最后通过与典型三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统做对比实验分析,得出在井下相同传输距离时,改进三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统在提高传输效率的同时也提高了传输功率,可为实际井下无线电能传输系统提供理论参考。     

二线圈无线电能传输系统的馈电方式分析与实验验证

二线圈无线电能传输系统有串联馈电和并联馈电两种馈电方式。为了研究不同馈电方式时系统的性能,对两种不同馈电方式的二线圈无线电能传输系统构建集总等效电路,并推导系统正向传输参数S21和效率的计算方法,以分析系统功率传输能力和效率。针对一对无线电能传输线圈实体结构,分别构建采用两种不同馈电方式时的系统部分元等效模型,计算两种馈电方式下的系统功率传输能力和效率,结果与集总参数电路模型的分析结果具有较好的一致性。最后,设计了二线圈无线电能传输系统的实验平台,所得实验结果与理论分析和部分元模型计算结果相吻合,验证了理论分析的正确性。     

一种用于无线电能传输系统的有源中继结构设计与分析

中继线圈能有效增大磁耦合谐振式无线电能传输(MRC-WPT)系统的传输距离,但由于其自身的功率损耗,导致系统总损耗增加,传输功率下降。提出了一种有源中继结构,通过向中继线圈赋能,扩大了发射线圈的能量辐射范围,在显著增大系统传输距离的同时增大了系统的传输功率,保证了输出功率恒定。与多发射线圈系统相比,有源中继系统不需要考虑发射线圈之间的交叉耦合影响,分析及设计更加方便;与传统无源中继系统相比,有源中继系统的最大传输功率高于对应的无源中继系统;与对应的无中继系统相比,在增加传输距离的同时,有源中继系统的最大传输功率能保持与无中继系统相同。仿真结果与理论分析结果一致。     

平面螺旋型四线圈磁耦合式非接触 电能传输系统的设计

针对传统四线圈磁耦合式非接触电能传输系统的输出功率和效率较低等问题,提出了一种平面螺旋型四线圈磁耦合式非接触电能传输系统。并运用MATLAB仿真软件,对平面螺旋型四线圈和传统四线圈非接触电能传输系统的输出功率和传输距离、传输效率和传输距离之间的关系进行了对比分析。结果表明:在相同距离时,平面螺旋型四线圈磁耦合式非接触电能传输系统的传输功率和传输效率均高于传统四线圈传输系统的,且平面螺旋型四线圈磁耦合式非接触电能传输系统的传输效率比传统四线圈传输系统的高3%。     

基于Maxwell的MCR-WPT系统传输效率影响因素仿真分析

运用耦合模理论与等效电路模型,对典型的磁谐振式无线电能传输系统进行理论分析,得到传输效率与谐振线圈间耦合系数的理论关系.利用Maxwell仿真平台构建闭合线圈模型,并对线圈参数扫描,对谐振线圈进行仿真分析,得到线圈的结构参数(包括线圈匝数、匝间距、内径)以及线圈间空间距离对系统传输效率的影响.结果表明,增大线圈匝数可有效提升系统传输效率,线圈存在最优匝间距与内径使系统传输效率最大,适当改变线圈间的空间距离会对系统传输效率产生明显影响.分析结果为后续针对磁谐振式线圈的优化提供了理论依据.     

MCR-WPT负载对系统最优参数的影响

针对磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统的参数优化问题,文章研究了系统最大传输功率条件下的负载(最大功率负载)对系统参数的影响。基于集总参数理论,推导了最大功率负载的表达式,分析了传输距离、耦合系数、系统频率等参数与最大功率负载的关系,获得了不同负载下的系统最优参数,并进行了电路仿真分析,搭建了两线圈结构无线电能传输实验平台。仿真及实验结果表明,系统最优参数与最大功率负载之间有一对一关系,系统最优耦合系数随最大功率负载的增大而增大,最佳传输距离随最大功率负载的增大而减小,因而可在不同负载条件下选择系统最优参数,保证能量的最大传输。     

基于加载辅助线圈的高效无线能量传输技术

针对目前磁耦合共振无线能量传输方式中存在传输距离远造成系统传输效率低等问题,提出了加载辅助线圈的高效率无线能量传输技术,即在发射线圈与接收线圈之间增加一个辅助线圈。通过建立系统模型对基于加载辅助线圈的能量传输系统等效电路进行了分析,并讨论了整个系统的传输效率与耦合系数、辅助线圈自谐振频率之间的关系。仿真结果表明,与传统的两线圈磁耦合无线能量传输系统相比,加载辅助线圈技术能够使传输效率在收发线圈之间的耦合系数为0.01和0.1时分别能够提高48%和7%。     

磁耦合谐振式无线电能传输线圈的磁聚焦仿真

为通过磁聚焦技术提高无线电能传输效率,对磁耦合谐振式无线电能传输系统中的磁场分布特性进行分析,并采用Comsol Multiphysics多物理场软件,对不同类型线圈、不同线圈排列结构的磁场聚焦特性进行仿真.结果表明:本文设计的5线圈结构通过角度、距离、尺寸的逐级优化,其磁场聚焦特性不断增强,最终得到一种结构简单、可靠性高的线圈结构.     

一种磁耦合谐振式无线电能传输系统研究

针对传统的由发射-接收线圈组成的磁耦合谐振式无线能量传输系统存在的传输距离短、远距离传输效率低的缺点,提出了一种以单中继的三线圈模式为基础,在中继线圈与接收线圈之间加入磁芯的方案。利用电路理论建立三线圈电路模型,推导出传输效率数学表达式,并对在中继线圈与接收线圈之间加入磁芯的传输系统进行仿真分析,确定出平板磁芯可以有效地提高系统传输距离及传输效率。最后通过实验研究,验证了所提方案的可行性。     

基于磁共振无线电能传输系统中积分滑模控制设计

针对滑膜控制(sliding mode control,SMC)器中无线电能传输系统难以保持稳定状态的问题,本文以磁共振无线电能传输系统为模型,提出了一种基于算子的积分滑模控制方法,通过公式推导得到简化控制方案,并在算子理论的基础上设计控制器,同时采用阻抗匹配控制进行仿真分析。仿真结果表明,本方法在实现高功率传输效率的同时,减小了系统的稳态误差,使电压更加接近目标值,证实了系统可以恒压控制,提升了输出电压的性能,与之前方法相比,该方法使输出电压性能得到明显改善。该研究对磁共振无线电能传输系统具有一定的实用价值。     

双发射结构磁谐振式无线电能传输系统传输特性研究

基于电路理论,建立了双发射结构磁谐振式无线电能传输（WPT）系统的等效互感模型。与单发射结构相比,双发射结构可以提高负载接收功率和传输效率,而且随着发射线圈与接收线圈之间耦合系数的降低,双发射结构的优势更加明显。结合数值仿真试验,对比得出当两种结构的接收线圈发生横向偏移与角度偏转时,负载功率和传输效率的比值分别可达2.8和1.39以上,验证了理论分析的正确性。最后,进一步分析了两种结构在欠耦合、临界耦合、过耦合3种区域的传输效率,发现双发射结构可以增加系统的纵向传输距离,且在临界耦合区域内可以有效扩大系统的横向传输范围。     

频率匹配对谐振无线电能传输效率的影响

基于共振耦合式无线电能传输机理和数学模型,对无线电能传输发送端与接收端谐振频率的测量与调整进行了研究,结合Matlab仿真和实际实验操作,研究了在固定距离下两线圈组成的系统电能传输效率与工作频率的关系,研究并比较在不同耦合系数k值条件下两端谐振点频率未匹配和匹配情况下电能传输效率.研究表明不同k值情况下电能传输效率与工作频率的关系曲线存在差异,在相同的k值条件下两端谐振点频率匹配时比两端谐振点频率不匹配时表现出更高的电能传输效率.对于远距离电能传输,即在k值较小的情况下,调节两端谐振点至频率匹配时将有效提高传输效率.     

串-串谐振式无线充电系统设计与仿真

针对无线充电传输效率低及其变化率大的问题,本文基于串联谐振补偿拓扑原理,通过分析无线充电系统输出功率与传输效率影响因素,提出应用于电动汽车的无线充电系统的频率跟踪方法,建立无线能量传输耦合线圈,利用LTspice搭建无线充电系统T模型等效电路.仿真结果表明:斩波频率大于谐振频率时,系统实现软开关技术,减小开关损耗增大系统传输效率.当谐振频率为50kHz选择斩波频率为51kHz时输出功率为1kW时传输效率达92%.     

具有较高谐振电路品质因数的磁耦合谐振式无线电能传输系统研制

基于磁耦合谐振式无线电能传输功率大小随系统谐振电路品质因数变化而变化的特性,提出了一种控制电能传输功率的方法.首先,将磁耦合谐振式无线电能传输系统简化成等效电路;接着,从电路角度对其进行分析和数学计算,得出电能传输功率大小与系统中谐振电路品质因数的关系;然后,通过改变谐振电路品质因数,设计了一种控制电能传输功率大小的方法;最后,通过设计相关实验系统,验证了品质因数可改变系统传输功率大小,为无线电能传输功率大小的控制提供了有效参考.     

平板磁芯磁耦合谐振式无线电能传输技术

为了增加磁耦合谐振式无线电能传输系统中发射／接收线圈的自感量以及二者间的耦合系数,提高系统的传输功率和效率,提出利用高磁导率平板磁芯绕制发射／接收线圈的方案.对传输系统进行耦合电路建模,通过电路微分方程给出传输系统相关参数的数学表达式,设计并优化了系统实验平台,研究了加入平板磁芯后系统耦合系数的变化,工作频率对传输的影响,发射与接收的移位传输以及系统的功率传输特性.实现了距离10 cm以上,功率1.85 kW的无线电能传输,系统整体传输效率达到80％以上.平板磁芯耦合机构体积小,在较大水平移位（25％）情况下实现了稳定高效传输.     

中继模式无线电能传输系统

针对三线圈中继模式的磁耦合无线电能传输系统进行了研究,根据经典电路理论建立了传输系统的数学模型。研究了影响系统输出功率以及电能传输效率的因素。实验表明:负载上获得的功率和系统的电能传输效率会随着谐振频率的升高而增大,但并非纯粹的线性关系;同时,负载电阻与电能传输效率之间存在最佳工作点,这也验证了模型的正确性。     

基于双激励双拾取的无线电能传输系统

传统的无线电能传输系统（WPT）多由单个激励线圈与单个拾取线圈组成,由于系统的耦合机构多为松散的耦合形式,且受到功率器件容量的限制,因此难以获得较大的传输功率。为了提高WPT系统的传输功率,该文构建了双激励双拾取线圈的无线电能传输系统,在原WPT系统的基础上,增加了一组激励线圈和一组拾取线圈,利用耦合理论和电路原理的相关知识对该系统进行分析。通过Matlab仿真及实验验证了该方案的可靠性和有效性,并在负载为5 Ω时,双激励双拾取线圈的WPT系统相比较于WPT系统,其功率提升了3.1倍,效率提高了9%。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的无模型自适应控制研究

为解决磁耦合谐振式无线电能传输（magnetically coupled resonant wireless power transfer, MCR-WPT）系统因频率失谐而使得传输效率降低的问题,提出一种无模型自适应频率跟踪方法。该方法以发射端电流和电压间的相位差值为控制器输入,以控制器输出来调控发射端的交流电源频率;控制器设计不依赖于系统的精确数学模型,而且可通过伪雅可比矩阵的自适应估计律来提高应对发射端频率失谐的控制自适应性。MCRWPT系统的控制仿真结果表明,相比传统的PI控制,该方法不仅在较长的无线传输距离情况下能实现维持系统发射端的谐振工作状态,而且具有更好的谐振频率跟踪性能,对保持较高的系统无线电能传输效率具有明显优势。