寻轨机器人用无线充电系统的研究

传统寻轨机器人的动力电池采用接触式充电方式,充电时容易因机械接触磨损而导致接触不良。为解决该问题,研究了一种单管感应耦合电能传输ICPT（inductively coupled power transfer）无线充电系统。该系统由前后两级电路组成,前级采用单管ICPT系统进行非接触电能传输,后级采用充电管理芯片LTC4020控制的Buck-Boost电路对锂电池进行快速充电。介绍了所研究寻轨机器人无线充电系统结构及原理,对前级主电路进行了四阶段电路等效、工作过程分析、电路建模、补偿网络设计和软开关设计;对后级充电管理电路进行分析和设计。设计了一台样机,对前级电路开关管耐压、流过电流和输出电压进行了仿真和实验,并通过充电实验验证了所研究充电方案的正确性。     

非接触式励磁电源的谐振补偿分析

针对新能源汽车驱动电机励磁系统中电刷与集电环对整车运行带来安全隐患的问题,提出了一种非接触式同步电机转子励磁的方法,并采用了谐振补偿方法以提高非接触式励磁能量传输效率。研究了非接触式励磁系统的工作原理与系统结构,建立了松耦合变压器的互感模型并分析了松耦合变压器的特性,给出了非接触式励磁电源谐振补偿系统的设计原理,分析了非接触式能量传输系统的传输特性。仿真与实验结果表明:采用串联-串联谐振补偿方式可以对非接触式变压器中漏感所带来的效率损失进行有效的补偿,能够增加变压器副边电流与电压的幅值;当电源工作在完全谐振状态下时,通过谐振补偿可大幅提高非接触式同步电机励磁电源的传输效率。     

应用于无线电能传输系统的三相单开关功率因数校正方法

为降低无线电能传输系统工作过程中对电网的谐波污染,提出了一种采用三相单开关Boost电路的有源功率因数校正控制方法。通过对串联谐振式无线电能传输系统的有源功率因数校正电路工作条件的分析,研究了线圈耦合系数对有源功率因数校正控制效果的影响。利用三相单开关Boost电路的输出特性和串联谐振电路的阻抗特性规律,对系统在变耦合系数情况下的工作点进行校正,实现较高功率因数输入和相对高效率的输出。实验结果表明,所提出的校正控制策略对变耦合系数无线电能传输系统有减小输入电流畸变、提高功率因数和效率的控制效果。     

一次侧线圈阵列的无线电能传输系统设计

无线电能传输系统采用松耦合变压器进行能量传递,但由于发送端与接收端相对位置较远,耦合系数较低,故带来磁路环节传输效率低的问题。根据松耦合变压器的互感模型,分析了几种因素对传输效率的影响,并选择一次侧和二次侧电路均串联电容的补偿方式,设计了带有两个一次侧线圈的无线电能传输系统,包括一次侧线圈切换电路、电流检测电路以及控制程序。该设计提升了整个系统的功率因数,有效地改善了磁路环节的传输效率。     

可实现效率提升的一种水下无线充电系统研究*

为了提高水下航行器的充电便捷性,水下无线充电系统得到发展,但同时水下无线充电技术仍然存在充电传输效率较低、传输功率较低的问题。而充电传输效率和功率与补偿网络的选取和耦合器的形状、参数等相关,因此实现对补偿网络和耦合器的优化对于无线充电系统传输效率和功率的提升有重要意义。首先,对磁感应耦合式无线充电电路中补偿网络选用原边串联-副边并联补偿方式,对传输功率、效率进行理论推导和分析。其次,对耦合器的尺寸结构进行仿真建模,得到参数符合的耦合器。在此基础上,建立水下无线充电仿真系统进行仿真,得到仿真参数。最后,进行器件选取和驱动电路、原副边电路PCB板的设计制作,进而搭建了一台无线充电系统样机平台进行实验,并得到实验结论。     

非接触电能传输系统中松耦合变压器传输特性

非接触式电能传输作为一种新的电能传输技术,具有很好的应用前景,介绍了非接触式电能传输系统的组成和基本原理。松耦合变压器是非接触式电能传输系统的关键组成部分,建立了松耦合变压器的模型,分析了线圈电阻、耦合系数等参数对松耦合变压器传输特性的影响。     

功率因数校正技术在松耦合电能传输系统中的研究

松耦合电能传输系统采用一种新型的电能传输技术,其关键部件是松耦合变压器,它的耦合系数较低,制约着系统的传输功率。介绍了感应电能传输系统的组成,并分析了功率因数校正电路工作原理及参数选择,并将功率因数校正技术应用于松耦合电能传输系统;仿真与实验结果表明该技术提高了系统的有功功率,降低了系统的无功损耗。     

电动汽车非接触式充电研究概况及实用化分析

常用的电动汽车非接触式充电的工作原理有3种:电磁感应法、微波法和强磁耦合谐振法。回顾了每一种方法的起源,详细介绍了它们在电动汽车非接触式充电领域的研究现状,指出了各种方法在研究过程中暴露出的部分问题。最后,从电能传输功率、传输效率和传输距离3个不同的角度,分析了上述3种方法在电动汽车非接触式充电领域的实用化前景。     

非接触式数据传输技术的研究

通过比较3种水下通信方式,提出了基于电磁感应原理的非接触数据传输技术,并对非接触式数据传输系统进行原理分析、通信距离优化、仿真模型的搭建,通过锁相环控制使系统始终在谐振频率点上运行,提高了系统在水流冲击作用下的传输能力.     

基于双边LCC拓扑结构的无线充电系统集成线圈设计研究

双边LCC拓扑结构为电动汽车无线充电提供了一种高效的补偿方法,然而两个补偿线圈占据了很大的体积。为了解决电动汽车无线充电系统体积增大问题以及提高系统传输效率,文中提出了一种新型集成线圈的方法,将双极性补偿线圈集成到单极性主线圈中,利用3D有限元分析工具ANSYS Maxwell对新型电磁耦合机构进行优化,通过优化补偿线圈的长宽比来消除系统中的多余耦合系数,从而提高系统的传输效率。通过实验结果表明,采用该集成线圈方法的无线充电系统受两侧线圈的水平或垂直方向偏移的影响较小,此时系统传输效率较高。     

电磁耦合谐振式无线电能传输系统的建模、设计与实验验证

分析了电磁耦合谐振式无接触电能传输系统的工作原理,通过引入漏感变量,建立了T型等效二端口电路模型,并根据二端口传输方程得出电能传输的动态特性。通过耦合系数与品质因数的引入,讨论了不同物理参数对系统性能的影响,并得出了负载的最佳工作条件。根据理论推导,设计了大功率高频功率放大器,并根据约束条件对振荡器参数进行优化。实验结果表明,该系统可以对间距在2.5 m范围内的负载提供能量。该文建模方法可以为电磁耦合谐振式能量传输实际系统的设计提供有效途径。     

无接触电能传输系统的补偿及性能分析

运用松耦合变压器互感电路模型,推导出无接触电能传输系统原、副边分离的等效电路.选取合适的副边补偿电容,以增强系统的功率传输能力;选取合适的原边补偿电容,以降低对系统电源容量的需求.研究表明:当原边电流恒定时,在副边串联补偿,则负载所获取功率与负载大小成反比;在副边并联补偿,则负载获取功率与负载大小成正比.当原边电压恒定时,在原边并联补偿方式下,等效负载所获取的功率随负载的增加先升高后降低,针对不同的副边补偿方式,等效负载分别在相应的负载点取得最大传输功率.Pspice仿真结果验证了上述结论的正确性.     

交流包络调制无线电能传输系统的负载稳压输出研究

为了实现交流包络调制无线电能传输系统的输出电压稳定,基于冲量定理与能量守恒原理,在初级侧采用能量注入与自由振荡模态组合的形式,调整注入初级回路的能量规模以适应负载的功率变化,从而实现动态负载条件下输出端的稳压。仿真与实验结果验证了在系统负载切换时,系统输出交流电压保持恒定。     

错位条件下基于“感应盲点”分析的非接触变压器建模及优化

感应式无线电能传输系统中,非接触变压器存在错位等多种工况,引起耦合系数等参数大范围变化,影响系统特性。为了建立错位条件下非接触变压器的耦合系数模型,文中基于场路结合的分析方法,分析磁通耦合特性,给出了非接触变压器的"感应盲点"求解方法;并结合其耦合系数的变化规律,建立非接触变压器错位条件下耦合系数的计算模型。基于磁场分布的特点,进一步提出副边多绕组的新型非接触变压器结构。采用优化后的变压器结构,设计制作了60 W输出的非接触变换器,耦合系数的计算结果和实际测试结果一致,证明了所提"感应盲点"分析方法与耦合系数计算模型的正确性,验证了优化后的新型非接触变压器具有良好的错位自适应能力。     

新型无接触电能传输系统的稳定性分析

建立了无接触电磁耦合结构的互感模型，对新型无接触电能传输系统引入了初级电源端口的等效负载阻抗及零相角谐振频率的概念，并对新型无接触电能传输系统采用各种初、次级补偿拓扑所带来的频率控制问题进行了深入的研究，经研究得知：为了使输出功率达到最大，初级零相角谐振频率须等于次级谐振频率；要保证系统的稳定、高效运行，零相角谐振频率必须是唯一的。文中还通过次级品质因数与无接触电磁结构的耦合系数给出了系统的稳定运行边界条件。仿真研究表明：当次级谐振回路的品质因数满足由电磁结构耦合系数所决定的表达式时，就可以保证系统稳定、高效地运行。     

基于多内嵌中继线圈的高压线路非接触供电系统优化设计

户外输变电线路在线监测系统的供电质量已成为制约在线监测技术发展的重要因素,为此探究利用内嵌于绝缘子的多内嵌线圈的非接触供电系统为在线监测设备供电的可能性。首先基于互感电路模型对多米诺非接触供电系统传输性能进行分析,考虑线圈自身参数与系统工作频率对线圈品质因数的影响,结合实际复合绝缘子参数,设计单层和双层的内嵌线圈结构;继而结合有限元仿真与电路仿真,对2种线圈结构的12线圈非接触供电系统的耦合特性及传输性能进行对比分析;最后选择双层线圈作为内嵌线圈方案,并且搭建12线圈非接触供电系统实验平台进行实验。仿真与实验结果表明,采用双层内嵌线圈的多米诺非接触供电系统能实现高质量的供电目的。     

稳压系统在非接触感应电能传输系统中的应用

非接触感应电能传输系统利用电磁感应耦合技术,解决了相对转动时能量的安全传输问题。电压的波动将严重影响用电设备的正常工作,着重研究了可控偏心器中非接触感应电能传输系统的稳压部分,并设计了一套大功率稳压电源。通过稳压系统的性能实验,测试出稳压系统可以提供48 V稳定的直流电。实验表明该稳压电源系统性能良好,具有稳压效果好、纹波小的优点,并且工作可靠。为非接触感应电能传输系统应用于旋转导向钻井系统提供了依据。     

非接触电能传输系统原副边补偿拓扑的研究

基于非接触电动汽车充电器的设计项目,针对非接触电能传输系统效率以及传输功率受到原副边补偿方式,以及补偿参数影响较大的问题,对非接触电能传输系统的结构特性进行分析,并且得出其参数的计算方法。重点比较电压型感应耦合传输系统的不同补偿拓扑结构以及补偿参数对于传输性能的影响曲线,从而可根据不同负载的种类以及大小选择不同的补偿结构与参数,为实际电路设计提供重要参考。     

一种基于潮流追踪的电力系统无功补偿方法

提出了一种旨在改善电力系统无功传输和降低有功网损的无功补偿点选择和补偿容量确定方法。该方法通过无功潮流追踪,获得负荷无功功率的传输路径,结合无功流动与支路有功网损的关系,定义了节点的网损分摊系数,进而根据系数的大小选择无功补偿点;推导了网损分摊系数对负荷无功功率的近似表达式,结合网损优化的近似模型,推导出了各补偿点最优补偿容量的计算公式;通过39节点测试系统,验证了该方法的有效性。所提出的网损分摊系数的物理概念清晰,计算便捷,据此进行的无功补偿对改善无功分布和降低网损均有较好的效果。     

电压型CPT系统输出品质与频率稳定性分析

针对CPT系统能量传输能力与输出品质会随频率漂移产生较大波动的特点,在对电压型CPT系统工作原理的分析基础上,根据系统原副边的耦合关系建立系统的阻抗模型,分别总结在谐振条件下系统的输出特性和在失谐条件下系统的拾取端阻抗随频率变化的规律,提出较小的拾取端线圈电感值有益于电压型CPT系统的频率稳定;发现并证明了SP型CPT系统的拾取端至少存在两个谐振频率点和一个负载突变频率点,并给出了拾取端电感的取值范围,对系统的参数设计具有指导意义.最后以SP型CPT系统为实验平台验证了理论分析的正确性.