谐振耦合式电能无线传输系统效率研究进展

谐振耦合式电能无线传输技术是有别于感应耦合式电能无线传输技术的一种新型技术,能实现供电设备和用电设备之间的中等距离电能传输。介绍了谐振耦合式电能无线传输技术的工作原理,对影响谐振耦合式电能无线传输系统传输效率的因素进行了分类研究,并给出了提高系统传输效率的方法。指出在实际应用中,要实现系统的最大效率传输,就要确定合适的电路工作方式、谐振频率和线圈参数。     

3线圈非接触电能传输系统建模与优化分析

传输效率和输出功率是衡量非接触电能传输系统性能的两项关键指标。以磁耦合谐振理论为基础,建立了3线圈非接触电能传输系统的耦合模型,推导了系统输出功率、传输效率与匹配距离的关系表达式,分析了系统输出功率、传输效率的优化条件,通过仿真和实验研究证实了理论分析的正确性,为其应用奠定了理论基础。     

用于非接触电能传输的自适应谐振技术原理

分析了非接触电能传输系统中耦合谐振电路的特性,着重探讨了谐振状态对提高传输功率和传输效率所起的重要作用,进而提出了基于锁相环的自适应谐振控制策略。通过对逆变器输出电压、电流的检测和计算得到相位差,输入到PI调节器和振荡环节对逆变器的驱动频率进行调整,经过一段暂态过程后,逆变输出电压、电流的相位差为零,从而实现了电路的自适应谐振控制。系统仿真和实验结果表明:基于锁相环自适应谐振控制原理的非接触电能传输系统能够对原、副边所有元件参数的变化进行快速跟踪和调节,使整个系统工作在谐振状态,保证系统始终具有最大的传输功率和传输效率。     

可分离变压器实现的非接触电能传输系统研究

传统电能传输主要通过导线直接接触进行，在一般环境下这种方式合理有效，被广泛采用。但在一些特殊环境，如易燃易爆场合和水下系统，这种电能传输方式的安全性难以得到保证。非接触电能传输系统利用电磁感应耦合技术与电力电子技术．避免了传统电能传输方式裸露导体的存在和接触火花的产生，实现了电能的安全传输。研究了一种采用可分离变压器传输能量的非接触电能传输系统。通过分析可分离变压器的工作特性，得出影响传输功率的几个因素，并给出了采用串联谐振式逆变器和可分离变压器优化绕法的实验结果。     

非接触电能传输的效率及频率分叉现象研究

非接触感应电能传输方式可广泛应用于医疗、石油、矿山、水下设备、军事等领域，有着十分广阔的前景。基于电磁耦合技术和电力电子技术的非接触感应电能传输系统，通过采用一、二次侧可分离的变压器，将电能从电源侧经气隙传递给一个或多个负载，避免了电能传输过程中的裸露导体和接触火花。传输效率是非接触电能传输系统研究的一个热点，本文通过理论分析和公式推导，详细论述了串联谐振逆变器二次侧并联补偿电容对系统效率的影响，提出了最佳并联补偿电容选择方案。同时对不同并联补偿电容变化时的谐振频率分叉现象进行了研究，实验证明基于这种方法选择的并联补偿电容能使系统传输效率显著增大。     

基于松散耦合变压器的全桥谐振变换器非线性行为分析

松散耦合感应电能传输系统利用电磁感应技术,实现了能量的非接触传输,解决了传统导线直接供电的缺陷,是一种有效、安全的电能传输方法。文中以全桥谐振变换器为例,基于松散耦合变压器分析了系统随着耦合系数的改变而发生的非线性分岔现象。通过互感模型建立系统的状态方程及其非线性模型,分析了系统谐振时的非线性行为,得到以耦合系数为分岔参数的系统复杂三维分岔图。电路仿真验证了系统的复杂分岔行为,并且进一步分析了系统在分岔过程中经历的边界碰撞现象以及准周期状态下系统的时域与频域特征。该研究将开关变换器的非线性研究拓展到无线电能传输系统中,对无线电能传输系统的可靠设计具有重要指导意义。     

计及信号与电能同步传输影响的ICPT系统谐振参数优化方法

针对信号与电能同步传输的感应耦合电能传输(ICPT)系统中信号耦合线圈对电能传输效率影响的问题,基于LCLP型ICPT系统谐振拓扑结构,利用在原、副边增设耦合线圈对信号进行加载和拾取,实现了信号与电能的同步传输;通过分析原、副边电流的关系,利用耦合变压器、信号发射耦合线圈和信号接收耦合线圈的互感反射阻抗,建立了信号耦合线圈与电能传输效率之间相关联的非线性规划模型,分析了信号耦合线圈对传输效率的影响,给出了相对应的电能传输效率目标函数和约束条件,在此基础上利用自适应粒子群优化算法对谐振补偿参数进行优化,并进行了仿真验证。仿真结果表明相较于同类型信号传输方法,优化后的系统信号传输误码率有所降低,电能传输效率有所提高;波特图表明优化后的信号传输电路并未对电能传输造成较大影响,负载处谐波畸变率有所降低。     

自谐振线圈耦合式电能无线传输的 最大效率分析与设计

谐振耦合电能无线传输是一种新的电能传输概念和方法,它能在中等距离范围内传递能量。该文基于空间隔离两线圈的互感耦合模型,从电路角度分析系统传输效率与线圈尺寸、距离等之间的关系,得到的传输效率表示式,进一步应用于系统最大传输效率的分析,以实现谐振耦合电能无线传输系统优化设计的目标。最后,设计制作一个谐振耦合电能无线传输装置,并设计多组不同参数的线圈进行比较实验,结果证明当空间隔离的两空心线圈达到谐振耦合时,两线圈之间传递能量最大,从而验证该文的理论研究。     

阵列式无线能量传输系统的准静态电磁特性

磁耦合谐振式无线电能传输技术作为一种实现非接触电能传输的新技术,由于其相对于松耦合感应技术具有高传输功率和远传输距离等优势,成为了目前电气工程领域的一大研究热点。针对电动汽车和轨道交通车辆等大功率对象动态无线充电的应用趋势,根据准静态下的麦克斯韦数学方程,利用有限元电磁仿真软件,建立了多发射线圈阵列式磁耦合谐振式无线电能传输系统的三维仿真模型,通过实验测试验证了仿真模型的可靠性。在此基础上,通过有限元分析的方法研究了准静态下不同系统结构时接收端负载电压的稳定性及系统的电磁场分布特征,为电动汽车和轨道交通车辆动态无线充电系统结构的设计提供一定的理论参考。     

一种非接触式供电系统设计

非接触供电系统是一种无线缆连接,通过电磁场耦合感应的一种新型供电技术.通过对非接触供电系统的原理结构研究分析,提出了一种松耦合并联谐振电能传输方案,设计并制作了一种简易取电装置.实验结果表明,在一定距离范围内该供电系统具有良好的电能传输效果.     

一种非接触电能传输系统的原边控制方法

为提高非接触电能传输(CPT)系统的传输能力和解决在负载动态变化时系统谐振频率改变的问题,以原边串联-副边并联的拓扑结构的非接触电能传输系统为例,首先确定系统的谐振补偿电容值,然后设计了一种基于单片机的原边控制方法,在此基础上优化了系统参数,使系统在副边负载切换时运行更加稳定,传输功率得到提高。最后通过仿真和实验进行了验证。     

非接触电能传输(CPT)系统频率分裂现象分析

非接触电能传输(Contactless Power Transfer,CPT)系统在工作过程中会出现频率分裂现象。论文以串联补偿的CPT系统为研究对象对系统进行建模分析,推导出了CPT系统中重要参数的方程表达式并选择负载电压作为重点研究对象。数值分析和实验结果表明,负载电压和负载功率在过耦合区内(k>kcritical)会分裂出两道脊,CPT系统工作在谐振频率(f0)和关键点(kcritical)时可以获得最大的负载电压和负载功率。     

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。     

感应耦合电能传输系统中能量与信号反向同步传输技术

针对感应耦合电能传输(ICPT)系统电能与信号同步传输方法中信号反向传输的优化问题,在深入分析已有文献的基础上,采用信号并联注入、串联拾取的能量信号反向同步传输拓扑,并提出其参数设计方法。该拓扑充分将ICPT系统的谐振电感考虑到载波信号发射电路中,增强信号发射强度;通过LC谐振回路的选频滤波及放大作用提升信号接收强度;同时,基于交流阻抗分析法对拓扑参数进行了建模分析和优化设计。最后,通过仿真和实验验证了拓扑及参数设计方法的可靠性与有效性。     

非接触供电移相控制系统建模研究

在非接触电能传输(CPT)系统中,基于串联DC/DC环节功率调节的方法,既增加了系统的成本及控制难度,又降低了系统的效率及可靠性.本文提出电流型CPT系统的移相控制策略,通过调整全桥逆变器的桥臂直通时间就可以有效地控制系统的传输功率,克服了串联DC/DC环节带来的不足.通过对系统谐振网络进行阻抗分析以及稳态等效电路分析,推导出了系统关键参数设计的计算公式,以及一次侧谐振电压、导轨电流及耦合功率与移相角的函数关系,为系统设计和分析提供了理论依据.     

轴对称结构非接触供电动态特性研究

采用仿真分析与实验验证相结合的方法研究了旋转状态下非接触传能系统的性能。利用两谐振线圈的电磁耦合,从理论上建立等效电路模型进行阻抗匹配。利用有限元分析软件,建立了三维仿真模型,研究了不同旋转速度下,轴向间距、径向偏移以及倾斜角度对非接触能量传输系统性能的影响规律。同时利用搭建的实验平台进行稳态验证,与仿真结果对比,表明有限元仿真模型的有效性和准确性。最后,利用经过检验的仿真模型,研究了系统的瞬态特性以及磁场分布,证实改变旋转速度几乎不影响系统的传输功率,这为非接触传能技术应用于电机无刷励磁等旋转装置提供了有益的参考。     

基于粒子群算法的谐振式无线输能网络优化

对于电动汽车的谐振式无线输能电路的系统结构,由于存在多个参数,并且如今还没有一套成熟的参数选取的理论来保证整个系统处于理想的工作状态.为了提高和优化系统的传输功率和传输效率,选用了粒子群优化算法进行优化.首先推导了SPSP结构的无线输能主电路及传输效率和传输功率的公式,然后用一般的方法进行取值,针对传统方法随机性强的缺点,建立了功率传输结构的优化模型,最后进行仿真优化.仿真结果表明,粒子群优化算法可以优化复杂的功率传输结构,并且使传输功率和传输效率达到所需要的理想值.     

电压型ICPT系统功率传输特性的分析与优化

针对感应耦合电能传输(ICPT)系统功率传输能力和效率优化问题,对电压型ICPT的功率传输特性进行了分析.通常认为提高系统的谐振频率能提高系统的功率传输能力,但通过本文的研究发现,对于采用SS拓扑的ICPT系统,谐振频率的选取存在一个优化的取值,而对于采用SP拓扑结构的ICPT系统,在一定的频率带上,谐振频率的增加对系...     

降低整数阶无线电能传输谐振频率的分数阶方法

针对谐振无线电能传输谐振频率高而电力电子器件目前较难实现高频大功率开关变换器的问题,提出一种基于分数阶原理降低无线电能传输谐振频率的方法,建立SS型分数阶无线电能传输系统的电路模型,推导其输出功率和传输效率的表达式,通过Matlab数值仿真分析分数阶元件的阶数对谐振无线电能传输参数及特性的影响。研究结果表明,采用分数阶电感、电容元件,可以大幅度降低谐振无线电能传输系统的谐振频率,从而降低开关器件的开关频率,且可以输出比整数阶无线电能传输系统更大的功率。     

计及系统性能提升的谐振式无线充电开关器件死区优化

针对双边LCC谐振式无线充电的逆变器金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)死区时间设置影响传输功率及效率的问题,提出了一种适用于其拓扑结构的死区优化设计方法。首先建立了双边LCC谐振式无线充电系统的数学描述,并简述其运行模态,推导出次级侧补偿电容与输入感性阻抗的量化规律。然后据此提出了一种死区时间优化设计方法,以实现与无线充电系统特性密切相关的逆变器软开关。最后,搭建了一套实验平台,实验结果表明,此优化设计方法可确保逆变器运行完全实现软开关,提高了无线电能传输功率及效率。