感应耦合无线电能传输系统的能量法模型及特性分析

感应耦合无线电能传输(ICPT)基于电磁感应原理,目前采用电路模型的分析方法,由于该方法无法深入了解ICPT系统能量传输的过程,所以提出了一种ICPT系统的能量法建模方法,建立了串联—串联(SS)、串联—并联(SP)、并联—串联(PS)和并联—并联(PP)型4种ICPT系统的能量法模型,分析了能量法模型与耦合模型的相互关系,研究了它们的等效性及数学意义上的等效条件,并通过MATLAB仿真研究,证明了理论分析的正确性。此外,目前ICPT系统与磁耦合谐振式无线电能传输(MCRWPT)系统原理相混淆,因而基于能量法模型分析了ICPT系统与MCRWPT系统在原理上的区别,得出只有在谐振、弱耦合、高品质因数的物理条件下,SS型ICPT系统才与MCRWPT系统等效,由此阐明了ICPT系统与MCRWPT系统原理上的差异性,为进一步精确设计和优化ICPT系统与MCRWPT系统设计提供了模型基础。     

多负载移动式ICPT系统的研究

针对目前感应非接触电能传输(ICPT)系统在负载可变或多负载时存在的问题,对多负载移动式ICPT系统进行了研究。介绍了多负载移动式ICPT系统主要结构及关键的技术问题。建立了多负载移动式ICPT系统的电路模型,研究了工作频率对系统传输功率的影响,给出了系统参数设计方法。建立了系统的传递函数模型,提出恒流控制策略,分析了等效负载的变化范围,并进行了仿真和实验验证。     

补偿参数对并串型单管谐振ICPT系统影响

以并串型单管谐振感应耦合电能传输(ICPT)系统为研究对象,为了能够在磁耦合机构不变的情况下通过改变补偿参数来满足系统输出.此研究首先基于互感等效模型对系统进行建模分析,得到系统开关管两端电压不超过开关管耐压值和实现零电压开通需要满足的约束条件,然后在该约束条件下,进一步分析补偿参数对输出功率和电压增益的影响,最后通过...     

感应耦合传输系统的建模分析

针对非接触电能传输(ICPT)系统负载变换时造成原边回路电流不能保持恒定的问题,介绍了一种新型的基于LCL谐振补偿网络的ICPT系统拓扑结构。建模分析了基于LCL补偿的ICPT系统的等效电路模型,并对LCL型ICPT系统所表现出的恒流、恒压特性进行仿真分析和验证,为ICPT系统的设计和分析提供了良好思路。     

基于开关可控电容和半控整流桥的功率源型感应式耦合电能传输系统

该文提出一种单级功率源型感应式耦合电能传输（ICPT）系统,该系统的输出功率在负载发生变化时可以保持恒定。相较于传统电流源型或电压源型ICPT系统,该ICPT系统具有可编程配置的功率源输出能力,实现更宽的输出范围,可以兼容适配不同规格电池模组或超级电容充电。该功率源型ICPT系统在一次侧采用LCC补偿结构,二次侧包括串联一个开关可控电容（SCC）以及一个半控整流桥（SAR）。该文还提出一种协同控制SCC和SAR的方法,实现ICPT系统二次侧工作在谐振的状态,以及可以通过配置二次侧等效负载阻抗实现可调输出功率。由于控制方案是基于固定工作频率和二次侧实时调节,所以无需一次、二次侧无线反馈通信。此外,该单变换器级ICPT系统的开关器件始终工作在软开关模式,减少了开关损耗。最后,通过对ICPT系统进行仿真分析和实验验证,证明了ICPT系统及其控制方法的可行性。     

基于高偏移阈值的补偿感应耦合电能系统传输特性分析

在传统感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统拓扑中,系统谐振频率的漂移会引起耦合效率的下降。针对该问题,本文提出一种新型的基于PSS(原边采用并联串联补偿,副边采用串联补偿)补偿的ICPT系统拓扑。对其电路模型进行了分析和建模,得出不同品质因数下,补偿系统的电压、电流增益、传输效率的特性曲线,该补偿拓扑具有较高的补偿因数;分析了系统中补偿系数对谐振元件电压电流的应力影响,选取合适的补偿系数以降低系统的设计成本。最后,设计了1台基于PSS补偿拓扑的ICPT系统样机,实验验证了对PSS补偿拓扑的特性分析。     

基于LCL补偿的多负载移动式感应非接触电能传输系统

针对多负载移动式非接触感应电能传输(inductive contactless power transfer,ICPT)系统的设计与控制进行研究,分析LCL电路的输出特性和阻抗特性,当其电感之比等于1时,其谐振频率与负载无关,满足多负载ICPT的要求;介绍多负载移动式ICPT系统的结构,并建立其等效电路模型,通过对等效模型的分析,提出原副边独立控制的控制策略和补偿电路设计原则,补偿电路要能够实现谐振频率与负载无关,以实现负载可变;分析LCL补偿电路的设计方法,分析副边LCL补偿和串联补偿的区别,当副边品质因数小于1时,LCL补偿输出功率更大;建立多负载移动式ICPT系统的仿真和实验平台,对理论分析和设计方法进行验证。     

变负载ICPT系统电能与信号反向同步传输方法

为满足感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统在实现电能正向无线传输的同时,对副边电路状态信息的采集与反向传输,基于ICPT系统电能耦合传输通道,提出了一种在负载变化情况下,电能与信号反向同步传输ICPT系统,并对其控制方法进行了深入研究。该系统在副边增加信号调制电容,检测负载大小以确定具体的信号调制方案,通过切入与切出该调制电容以改变原边电流波形包络,进而将数字信号调制到系统中,这样原边在发射电能的同时接收来自副边的状态信息,最后通过设计信号解调机构,复原信号。首先介绍了ICPT系统电能与信号同步传输原理,在此基础上,提出电能与信号反向同步传输ICPT系统;然后,通过对该系统进行建模分析得到负载变化情况下不同的信号调制策略,并对系统变负载情况下系统特性进行了分析和研究;最后,针对理论分析进行了仿真与实验验证,实验实现了ICPT系统在电能正向传输情况下的信号的反向低误码率传输。该研究结果可以为ICPT系统电能与信号反向同步传输系统的设计与研究提供参考。     

感应耦合电能传输系统动态解谐传输功率控制

提出一种感应耦合电能传输(ICPT)系统的动态解谐传输功率控制方法.对相控电抗器进行动态切换,通过改变其导通延迟角来改变导通电流大小,使得ICPT系统的电能拾取侧谐振或解谐,在负载端获得稳定的输出电压,同时实现对传输功率的控制.导出了动态切换的相控电抗器的等效电感,分析了等效电感对输出电压及传输功率的控制作用.根据负载稳定时输出电压与导通延迟角之间的变化曲线获得了保持输出电压恒定的控制方法.相控可变电抗器实现了软开关动态切换,有效地降低了系统的功率损耗.利用该动态谐振/解谐控制方法,系统的最大功率传输性能得到了保证.计算机仿真结果验证了该方法的优良传输功率控制性能.     

原副边串联补偿的电压型耦合电能传输系统设计

在分析变压器原副边串联补偿的电压型感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统的电压传输函数主要参数的基础上,给出一种基于电压传输特性的ICPT系统参数设计方法。基于电路的建模和分析,给出系统的电压增益函数。以一手持式电子设备充电平台的应用为例,讨论系统主要参数变化对电压增益特性的影响,并给出部分参数的取值范围。基于模型参数的分析结果,给出了电压型ICPT系统的参数设计过程。实验结果证明了模型的准确性和所提方法的可行性。     

采用CCL/LCC复合谐振网络的电流型ICPT系统

为实现感应耦合电能传输(ICPT)系统在负载及气隙变化时的输出电压和工作频率恒定,提出了一种采用CCL/LCC复合谐振网络的电流型ICPT系统。首先,在基波条件下,依据变压器漏感模型建立系统等效电路,得到了输出电压增益与输入阻抗的表达式;然后,通过系统参数优化设计,推导出了动态负载下系统恒压供电和谐振工作频率稳定的条件。另外,当气隙变化时,利用动态调谐技术重新补偿耦合电感,可使得输出电压和工作频率在气隙变化前后保持不变。系统特性分析表明,所提出的CCL/LCC复合谐振网络电流型ICPT系统,在负载和气隙变化时可以保证输出电压和工作频率稳定。最后,实验验证了理论分析的正确性和有效性。     

电动汽车动力锂电池LCL型无线充电技术

为了满足电动汽车动力锂电池的充电需求,文中提出基于MERS(Magnetic Energy Recovery Switch,磁能再生开关)的LCL谐振型无线电能传输系统。该系统仅通过改变副边MERS的导通角,即可实现三种工作模式:恒流输出模式、恒压输出模式和最大功率输出模式。文中提出了系统模型,分析了LCL谐振型ICPT系统满足恒压、恒流、最大功率输出三种工作状态的条件;研究并建立了MERS的数学模型;搭建了Simulink仿真模型,仿真结果表明,本系统仅通过控制副边MERS的导通角α一个参数,可以实现电动汽车动力锂电池“先恒流后恒压”的充电需求,也可以实现当系统互感系数变化时系统维持在最佳工作点,而无需改变其他系统网络参数。该方案对改进电动汽车无线充电系统有一定的参考价值。     

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。     

输入串联输出等效并联多逆变器驱动的高压大功率无线电能传输系统研究

提升逆变器输入侧直流电压源的电压等级,是实现更大功率无线电能传输的可行方案之一。但单个开关器件的额定电压有限,满足不了更高输入电压的需求。为此,文章设计了一种输入串联输出等效并联多逆变器驱动的高压大功率无线电能传输系统。该系统采用多个逆变器串联以承担较高的输入直流电压,同时每个逆变器驱动一个独立的发送线圈向同一个接收线圈发送功率。文章在考虑多个发送线圈之间互感的情况下对该系统的谐振电路参数进行了设计,分析在零相差(Zero Phase Angle,ZPA)及非零相差两个条件下系统的电流和功率输出能力,发现了运行角频率及互感的乘积对系统输出能力具有重要影响。开发出由三个逆变器串联驱动的无线电能传输样机,在750 V直流输入条件下获得最大38. 4 kW的无线电能传输功率,效率达88. 7%。     

基于导抗变换器的ICPT恒流源补偿网络设计

针对感应耦合电能传输系统负载切换时输出电流不稳定问题,提出一种用于恒压输入、恒流输出的二次侧补偿网络。该补偿网络将松耦合变压器及补偿元件等效为导抗变换器,不仅可以实现输出电流与负载无关,而且可以保证系统处于完全谐振状态。依据互感模型,利用二端口理论建立了系统的阻抗模型,推导了输出电流与输入电压关系,给出了整个系统实现输出恒流以及单位功率因数输入的参数配置方法,并分析了主要参数对系统性能的影响。另外,对系统参数进行了优化设计,以便减小装置体积,降低成本。仿真与实验结果证明了理论分析的正确性。     

基于变结构模式的宽负载恒压感应耦合电能传输系统

为解决感应耦合电能传输(ICPT)系统受扰动和负载电阻变化较大情况下电压不稳定问题,研究了两种类型拓扑结构的能效关系,分析了并联—串联(PS)和串联—串联(SS)型拓扑结构的输出电压、输出功率、输出效率和频率稳定性以及负载适应能力。基于变结构模式给出了对于不同类型负载,应用不同拓扑结构的方案。对切换条件进行了详细分析,给出了保证切换安全有效的方案。为了验证变结构模式的有效性,采用两种差距极大的负载,分别在电压型和电流型ICPT系统下测量其输出电压。实验结果表明,变补偿结构模式适用于ICPT系统的宽负载恒压控制。     

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...     

新型恒定一次侧电流无接触电能传输系统的建模与优化

提出一种新型无接触式感应耦合电能传输系统(inductively coupled power transfer,ICPT),系统一次侧线圈与电感/电容/电容所组成的谐振槽谐振、二次侧线圈与补偿电容并联谐振。利用互感理论,分别建立相互分离的原边等效电路模型和负载等效电路模型,采用正弦交流分析法对其等效电路模型进行分析,获得谐振槽电容及电感元件的参数计算公式,导出系统向负载传输功率及输出电压的计算表达式,并对谐振槽元件参数进行优化设计, 以便减小装置体积, 降低成本。额定频率下系统一次侧线圈电流保持恒定而与负载大小无关,保证电能由电源向负载的稳定传输。同时谐振槽输入电流随负载的减小而减小,提高系统的部分负载能效值。PSpice仿真实验验证该系统的上述优点。     

动态载荷下WPT系统的特性分析与实验研究

针对无线电能传输系统中普通存在的载荷动态变化的问题,提出了一种LCC-S补偿网络结构.建立了系统的互感模型,推导了发射端、接收端的动态性能特性,分析了动态载荷工况下,系统的发射端电流、相位角、谐振频率、输出功率的效率的变化趋势.最后,搭建实验平台,采用可变电阻负载和电机负载,测试了电阻的不同阻值和电机的不同转速时的系统...