电磁耦合谐振式无线电能传输系统性能研究

建立串联-并联补偿方式的电磁耦合谐振式无线电能传输系统平台,研究系统传输效率和输出功率与线圈距离、系统频率及负载电阻的关系。采用Matlab对所搭建的模型进行仿真,得到不同距离、频率和负载情况下效率和功率的变化情况,发现当系统频率为谐振频率时,输出功率最大,同时负载电阻对系统传输效果也有影响。搭建电磁耦合谐振式无线电能传输系统,通过实验验证理论和仿真结果的准确性,为系统的优化设计提供参考。     

基于E类功放的谐振式无线电能传输控制设计

磁耦合谐振式无线电能传输是一种中距离无线电能传输技术,传输距离和传输效率是该技术取得突破的瓶颈。本文通过电路模型分析了传输特性,并基于E类功放设计了一套无线电能传输装置,通过对E类功放开关过程的分析,确定E类放大器在电能传输过程产生损耗的主要原因。设计了脉冲检测式频率控制电路,通过检测MOSFET输出端电压,判断系统工作状态,调节驱动信号频率,使E类功放在负载变化的情况下能迅速做出调整,大大提高了系统的工作效率和传输功率。     

宽频磁耦合谐振式无线电能传输系统特性分析

首先建立电路模型,结合互感计算,对磁耦合谐振式无线电能传输特性进行建模和仿真分析,研究发射线圈和接收线圈电感值的选择对系统传输特性的影响,建立传输距离、谐振频率与负载功率、传输效率等传输特性的关系,为发射和接收谐振回路的参数设计提供详尽的理论依据;其次分析宽频E类功率放大器特性,为电路在宽频带工作状态下保持较高的系统效率提供了解决方案;最后通过实验分析,对理论推导和仿真结果进行验证。     

无线电能传输中的高频阻抗匹配特性分析

磁谐振式无线电能传输技术是基于磁谐振耦合现象利用近区磁场进行非辐射性、中距离输电的新技术。阻抗匹配技术在无线电能传输中广泛使用,用以增加传输距离,提高传输效率,使负载获最大功率。常规变压器适于在低频下作阻抗匹配,高频时磁芯容易饱和发热,降低传输效率。使用传输线原理绕制的变压器通过线间电感和电容耦合传输能量,可用于高频传输,亦可在无线电能传输系统中使用。文章分析了无线电能传输阻抗匹配原理,分析了传输线原理绕制的变压器匹配特性,使用高频变压器进行了无线电能传输的比较实验。实验结果表明高频变压器可用于无线电能传输,匹配得当时,增加传输距离的同时,可保持传输效率和最大输出电压,是提高无线电能传输性能的一种可选方法。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的频率特性

针对磁耦合谐振式无线电能传输技术的传输效率随着发射设备与接收设备距离的变化而波动的问题,采用频率特性的新方法分析无线电能传输系统得到了对实际系统设计具有关键指导作用的结果,其中包括频率分裂特性和最大传输距离.利用频率分裂规律对不同距离的效率进行频率跟踪补偿可以提高系统传能效率.通过设计的相关的实验电路验证了频率分裂特性与系统最大传输距离(临界耦合点)理论分析的正确性,为提高无线电能传输功率和距离提供有效的参考.     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的分析与设计

分析并设计实现了一种基于脉冲驱动的磁耦合谐振式无线电能传输系统.介绍并阐述了磁耦合谐振式无线电能传输技术原理及其优越性.分析了脉冲驱动式磁耦合谐振无线电能传输系统中脉冲驱动频率fs及脉冲驱动占空比Don等相关参数对系统传输效率、功率的影响.对所提出的无线电能传输系统进行实验测试,实验结果表明,需综合考虑上述相关参数,以达到传输效率、传输功率的最优化设计.实验结果表明了理论分析的有效性.     

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。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统存在干扰因素下的频率特性研究

本文从互感模型出发,对磁谐振耦合式无线电能传输系统的拓扑结构进行分析,得出了系统的简化模型,进而推出了发射器与接收器存在耦合角度和水平偏移等外界扰动情况下,负载接收功率和系统传输功率与系统的传输距离的关系。为验证理论分析的正确性,制作了试验样机进行验证。最后,以系统最大传输效率为目标,利用实验样机,对存在扰动下的无线电能传输系统进行频率跟踪,得出了系统工作频率的变化范围Δf。其结果可为磁耦合谐振式无线电能传输系统频率鲁棒性的研究提供依据。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统最大功率效率点分析与实验验证

针对在磁耦合谐振式无线电能传输系统中频率偏移是否会对负载接收电能的最大功率和效率点产生影响的问题,综合考虑线圈谐振频率、耦合因数、电源和线圈内阻,利用互感耦合理论对电能传输系统进行建模分析,给出系统传输功率和效率的计算方法,得出了过耦合范围内随着频率分裂最大功率点和最大效率点的不一致性的结果。最后设计了基于磁耦合谐振技术的无线电能传输装置,实验结果与理论分析具有较好的一致性,证明了理论分析的正确性,也为进一步研究频率跟踪及其优化控制提供了有益的参考。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统功效同步研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统中传输效率最大值与功率最大值难以同步的问题,利用等效电路理论对无线电能传输系统进行建模分析,给出系统传输效率最佳频率和传输功率最佳频率的计算方法,提出最佳谐振频率和功效同步因数的概念,得出系统传输效率与功率最大值同步出现的条件。借助仿真软件分析系统传输效率和功率与负载的变化规律,搭建实验平台,通过对比实验数据和仿真结果,证明了理论分析的正确性,也为进一步优化系统功效同步性能,同时提高传输效率和功率提供了有益的参考。     

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。     

Circuit modeling and efficiency analysis for wireless power transfer system with shielding

It is an effective way to use magnetic shielding scheme in magnetic coupled wireless power transfer (WPT) system to reduce magnetic flux leakage. However, the additional shielding material would affect the equivalent circuit model and the power transmission efficiency of WPT system. Although the impact of some common shielding materials on the transmission efficiency has been studied using finite element simulation, there is still a lack of understanding about the impact to the equivalent model in theory. In this paper, the equivalent circuit and transmission efficiency of WPT system are analyzed theoretically under the influence of different shielding materials, and the relationship between material electrical characteristics and transmission efficiency is presented. In our WPT prototype with two 166-mm diameter coils under ferrite shielding and aluminum shielding, the achieved maximum transmission efficiencies are 95.7% for 100-kHz resonant frequency and 97.9% for 1-MHz resonant frequency under the ferrite shielding, and the efficiency errors between the analytical and experimental results are less than 5% for 100-kHz resonant frequency and 10% for 1-MHz resonant frequency.     

邻近耦合无线电能传输系统的高效屏蔽设计与优化

在无线电能传输技术的实际应用中,当多个距离相近的无线电能传输系统同时工作时,系统间漏磁场引起的耦合会对周围的电磁环境产生影响,干扰系统谐振参数,进而降低系统工作效率。针对此问题,文中设计了一种谐振屏蔽线圈以消除系统间邻近耦合,分析了其工作原理及其对改善邻近耦合和传输效率的影响。通过仿真及实验,研究了线圈形状及匝数对屏蔽效果的影响,并对屏蔽线圈进行了结构优化。结果表明,方形密绕线圈屏蔽效果较好,可有效降低系统间邻近耦合造成的参数扰动,有助于系统调谐以提高邻近耦合下的系统传输效率。     

Matching capacitance and transfer efficiency of four wireless power transfer systems via magnetic coupling resonance

Matching capacitance determines the resonance and resonant frequency for a given wireless power transfer (WPT) system. Theoretical solutions for matching capacitance are essential to designing and controlling a coupling system in resonant status and to ensuring that the system operates under high power transfer efficiency. This paper deduced all the analytical expressions of matching capacitance to achieve magnetic resonance for four classical circuitries when considering the coils' resistances. Our results showed that there are several kinds of capacitance matching methods for each circuitry to achieve resonance. Matching capacitances, different from those in the existing literatures, make the system really operate under the magnetic coupling resonance. In literatures, the capacitance at the receiver side compensated only the self‐inductance of the receiver coil and the system except series to series did not operate in the resonance state. Furthermore, the resonance conditions in applications were then given. Accordingly, the expressions of resonant WPT efficiency were presented. These expressions revealed how the underlying factors besides matching capacitance affect the power transfer efficiency, and provided easy access optimizing circuit parameters for high transfer efficiency. Four kinds of circuits were compared through theoretical analysis, calculations and experiments. Experimental results verified the theoretical solutions. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

磁耦合谐振式无线电能传输系统频率分裂抑制方法

磁耦合谐振式无线电能传输系统工作在过耦合状态时,会发生频率分裂,导致系统在原谐振频率处的效率变低。文中运用等效电路理论,推导出了效率、输入阻抗与频率的关系表达式,并以此为基础,分析了频率分裂现象,得到了影响系统频率分裂和效率的几个关键参数。随后提出了一种调节系统关键参数的方法,为了调节系统参数,提出了使用L型阻抗匹配网络来调节等效负载电阻的方法。使用所述方法可以有效抑制系统的频率分裂现象及提高系统效率。最后,设计开发了一套磁耦合谐振式无线电能传输系统装置,仿真和实验结果验证了该方法的有效性与正确性。     

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。     

线圈非同轴时磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率优化

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统的发射线圈与接收线圈非同轴放置时系统的传输效率过低的问题,运用耦合模理论,推导出系统的效率表达式。并以此为基础,分析发射线圈与接收线圈非同轴放置时,系统传输效率的变化规律。为解决发射线圈与接收线圈之间非同轴放置时系统效率过低的问题,提出一种基于混沌优化算法的参数动态调节方法,该方法能使系统几个关键参数实现最优匹配,有效提高系统的传输效率。最后,研制了一套磁耦合谐振式无线电能传输系统装置。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

磁谐振式无线电能传输效率优化方法研究进展

无线电能传输WPT(wireless power transfer)技术作为一种新型的电能传输方式以其高可靠性、实用性和安全性而备受关注.然而WPT能否替代传统的有线输电而成为通用技术,其最关键的影响因素之一就是传输效率.首先,针对WPT技术对于传输效率优化的迫切需求,系统综述了国内外在磁耦合谐振式WPT研究领域中关于...     

磁耦合谐振式无线电能传输ARM和CPLD控制研究

磁耦合谐振式无线电能传输是中距离传输技术。两个耦合电路通过电磁场传递能量,当发射回路和接收回路处于谐振状态时,谐振体之间能量交换效率最高。设计了1台谐振频率70 k Hz的实验装置,发射端以ARM和CPLD为主控芯片,接收端以ARM为主控芯片,分模块设计了控制电路,并提出了一种基于ARM的频率跟踪控制方法。实验表明,控制系统运行稳定,控制效果理想。     

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%。