基于FPGA的磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制

磁耦合谐振式无线电能传输是无线电能传输领域的研究热点,保持系统工作在谐振频率是磁耦合谐振式无线电能传输的关键技术之一。为了解决磁耦合谐振式无线电能传输系统在工作过程中的谐振失谐问题,本文从理论上分析系统的失谐机理,提出基于自适应PI控制的可变模全数字锁相环的频率跟踪控制方法;建立基于PI控制的全数字锁相环的数学模型,分析PI控制参数对系统性能的影响;设计出一种对全数字锁相环的PI控制参数进行自适应调节且兼顾跟踪控制的速度和精度的自适应控制器;利用FPGA实现所提出的全数字锁相环;仿真结果表明,该全数字锁相环能够较好地实现相位和频率的跟踪功能;最后,在实验样机上进行验证,结果表明该方法可以在谐振频率变化时完成对频率的快速跟踪,使系统工作在谐振状态。     

基于DU-PLL无线电能传输频率跟踪特性研究

在采用串串（SS）补偿结构的磁耦合谐振式无线电能传输（MCR-WPT）系统中,由于负载变化、传输距离变化和耦合线圈偏移等原因,会引起互感发生变化,导致系统失谐。当系统工作在失谐状态时,输出功率较小、功率因数低,同时较大的无功功率损耗会降低系统的传输效率。为使偏移后的系统能够工作在谐振状态,因此有必要对系统进行频率跟踪控制。通过对微分正交控制策略进行改进,采用直接相位补偿控制的方式,对系统的频率进行主动跟踪。该控制方法不依赖于反馈频率,具有较好的锁相精度和动态性能。最后通过仿真分析和实验证明理论分析的正确性。     

基于DU-PLL的超声波功率源复合频率跟踪控制

高频超声波功率源谐振频率跟踪控制无法同时实现大范围、高精度跟踪是目前工程中普遍存在的一个问题。本文从理论上分析了等效阻抗与谐振频率的关系以及换能器失谐的原因。在此基础上,提出了一种基于PI控制和微分环节锁相环(DU-PLL)相结合的复合频率跟踪控制方法。该方法通过电流采样判断频率失谐范围,当失谐范围小于设定阈值时,直接由DU-PLL进行精确跟踪,当失谐范围超出设定阈值时,则由PI控制进行快速调谐至误差允许范围内,再由DU-PLL进行精确跟踪。Simulink仿真结果表明,本文方法具有很好的动态性能,能够实现高精度的频率跟踪功能。设计了2.5 kW、1.1 MHz的超声波功率源验证提出的控制方法,实验结果表明本文方法能及时调节功率源的工作频率,克服了分布参数的影响,提高了功率源的工作效率。     

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。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统频率跟踪研究

采用SS补偿结构的磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统工作在过耦合区域时的频率分裂现象会导致基于逆变器输出电压和初级电流的频率跟踪方法无法始终跟踪固有谐振频率,从而降低系统的传输效率。在此分析了系统工作在过耦合和欠耦合情况下逆变器输出电压和次级电流的相位关系,设计了采用锁相环(PLL),基于逆变器输出电压和次级电流的频率跟踪实验方案。实验结果表明采用基于逆变器输出电压和次级电流的频率跟踪方法可以在任何互感和负载条件下始终跟踪系统的固有谐振频率而不受频率分裂现象的影响,从而提高系统的传输效率。     

频率分叉现象对无线电能传输系统的影响

针对磁耦合感应式无线电能传输技术中频率分叉对输出特性的影响,首先利用Matlab仿真分析了频率分叉反映参数、传输效率和耦合因数、失谐因子的关系,然后分析了有效传输距离的影响因素。结果表明,当磁耦合感应式无线电能传输技术工作在临界耦合状态、主谐振频率处或过耦合状态、从谐振频率处时,频率分叉反映参数最大,当其工作在主谐振频率处时传输效率最大。且其有效传输距离与谐振线圈的半径和匝数成正比。     

基于双LCL变补偿参数的磁耦合谐振式无线充电系统研究

为了简化磁耦合谐振式无线充电系统电路设计和控制的复杂性,提出一种双LCL变补偿参数的磁耦合谐振式无线充电系统,只需对部分补偿元件进行投切操作,即可实现恒流和恒压充电。首先利用二端口网络对系统原边、副边建模得到双LCL数学模型,分析实现恒流或恒压输出的参数配置条件;然后根据恒流和恒压参数配置特点,设计变补偿参数的电路结构;再根据仿真方法得出的关键参数与系统传输特性之间的关系,合理设计参数配置,使得磁耦合谐振式无线充电系统无复杂电路环节而且控制简单,还可实现原边电流和频率恒定;最后搭建实验平台,验证设计的系统输出的电压或电流波动较小,可以满足恒压和恒流充电的要求。     

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。     

磁共振式无线电能传输相控电容调谐新方法

研究了磁共振式无线电能传输的传输效率,指出获得高传输效率的关键在于提高谐振电路的品质因数;针对高品质因数谐振电路的易失谐性,提出一种基于相控电容的谐振电路调谐方法:通过改变相控电容的相位角,等效形成一个可变电容,用此可变电容对谐振电路进行调谐,从而稳定传输效率和功率。分析相控电容调谐原理,设计相控电容调谐电路,给出相位与等效电容之间的对应关系,并采用仿真和实验的方法对其调谐特性进行了验证。结果表明:相控电容调谐具有一定的可行性,可使磁共振式无线电能传输在耦合改变时,通过谐振补偿来维持电能传输的稳定性,因而对其推广应用具有重要意义。     

磁耦合谐振无线传输系统传输特性的研究及优化

以提高磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率为目标,对系统多参数匹配问题进行优化,使得无线电能传输系统整体工作在最佳状态。利用Matlab仿真软件对影响磁耦合谐振式无线电能传输系统效率的频率、传输距离、负载阻值3个关键参数进行研究。然后以提高系统传输效率为目标,利用自适应粒子群优化算法,寻找这3个关键参数的最优匹配值。最后对自适应粒子群优化算法进行仿真,得到了最优解对应的参数值。仿真结果证明该方法的有效性,研究对磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率优化有指导意义,具有一定的实用价值。     

磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制研究

采用频率为100~500 kHz的高频逆变器为无线电能传输(WPT)提供高频交流电源,并基于此研究了WPT的频率跟踪控制以解决频率失谐带来的不良影响。通过理论分析得出,当磁耦合谐振式WPT采用SS或SP拓扑时,可以直接跟踪发射端电流频率,而对于接收端电流,需先将其经过一定处理才可作为被跟踪的信号。经过仿真得出,即使起振频率偏离系统固有谐振频率,直接跟踪发射端频率后也能使电路的工作频率稳定在固有谐振频率,而直接跟踪接收端电流时,电路的工作频率偏离固有谐振频率较远。在理论分析和仿真研究的基础上,实验验证了直接跟踪发射端电流频率的WPT。     

小功率磁耦合谐振式无线电能传输的研究

为探索磁耦合谐振式无线电能传输机理,通过运用耦合模理论建立了磁耦合谐振式无线电能传输系统的数学模型,得出系统电磁能量的计算模型,并进一步分析了电磁能量与线圈固有损耗和耦合系数的关系,为系统的设计提供了理论依据。通过采用Maxwell对谐振状态下电磁耦合谐振式无线电能传输电磁能量的传输进行了仿真,并绘制出了谐振状态下能量传递的方式,验证了理论分析的正确性。最后搭建了小功率磁耦合谐振式无线电能传输实验平台,并对其传输特性进行了分析,实验结果表明该系统能够满足小功率设备的供电需求,为无线电能传输系统的应用提供了现实依据。     

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.     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的四线圈模型研究

针对目前磁耦合谐振式无线电能传输系统的四线圈结构理论不完善的问题,提出了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统的互感耦合理论模型,并用Matlab对四线圈无线电能传输系统的传输效率与线圈尺寸、互感系数和距离等参数之间的关系进行了详细的仿真分析。最后,搭建了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统实物模型,测量并分析了不同线圈间的距离对系统传输效率和负载电压的影响,验证了理论分析与实验数据的一致性,为分析磁耦合谐振式无线电能传输的四线圈结构提供了新的理论依据。     

基于双调谐滤波器和TSC的混合型无功补偿滤波装置

提出一种基于可控电抗器的双调谐滤波器控制技术。该控制技术通过调整可控电抗器交流电感值,将滤波器从失谐状态调整到谐振状态,从而有效滤除系统中的谐波成分。同时结合晶闸管投切电容器快速跟踪补偿系统所需无功功率的特点,设计了一种混合型动态无功补偿滤波装置,该装置克服了传统双调谐滤波器滤波性能易受系统频率偏差、器件参数漂移、系统阻抗变化等因素导致的滤波器失谐及不能动态跟踪补偿负载所需无功功率的缺陷。通过MATLAB/Simulink建立仿真模型,仿真结果验证了装置的可行性和优越性。     

无线电能传输系统传输距离及传输效率分析

运用电路理论,推导出四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统传输效率的表达式,并分析了影响传输效率的主要因素。当线圈结构参数选定时,源线圈与发射线圈之间的距离和接收线圈与负载线圈之间的距离成为无线电能传输系统传输距离变化时影响传输效率的关键参数。采用差分进化算法对影响因子进行优化,该方法使得四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统在传输距离发生变化时能动态调整提高传输效率。最后,通过仿真验证了此方法的正确性。     

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。     

水下磁耦合谐振式WPT系统频率跟踪方法研究

针对水下磁耦合谐振式无线电能传输(WPT)技术中涡流效应引起的谐振频率偏移问题,运用电路互感理论建立等效电路模型,分析了涡流对WPT系统谐振频率的影响;设计了频率跟踪方法,模拟芯片SG2525产生两路带死区互补的脉宽调制(PWM)驱动全桥,可以实现对频率的无级调节,单片机捕捉发射端主电路的电压和电流信号,动态调节工作频率使电压相位略超前电流相位,实现逆变电路开关管的零电压开通和零电流关断,同时系统一直工作在谐振频率附近。通过实验的方式验证了其有效性。     

一种中距离无线能量传输系统的频率特性

磁谐振耦合式无线能量传输系统的工作频率直接影响到系统的效率和最大传输功率。对一种工作在数百千赫兹频率段的磁谐振耦合式无线能量传输系统进行频率特性研究,基于该无线能量传输系统在不同传输距离条件下线圈自感和互感参数建立无线能量传输系统的Simulink模型。研究无线能量传输系统工作频率变化时系统的频率-效率和频率-输出功率特性。根据系统的频率特性提出了一种通过调节系统频率控制输出功率的方法,并通过仿真和实际电动汽车动力电池组恒流充电验证了该方法的有效性。     

基于最小电流比值的IPT系统频率跟踪的动态调谐方法

在感应电能传输(IPT)系统中,含有磁心的电磁耦合机构的气隙间距变化会导致系统发送端与接收端自感及互感参数漂移,进而使得IPT系统处于失谐状态,增加了电源所需容量,降低了系统传输效率。针对该问题,提出一种基于最小电流比值的发送端频率跟踪的动态调谐方法。该方法通过实时测量发送线圈电流有效值与直流源输出电流平均值,在控制器中计算电流比值并根据最小电流比值原则,实时调节系统工作频率,使IPT系统恢复谐振状态,提高系统性能。最后,在不同气隙间距的情况下进行动态调谐实验验证。结果表明,当气隙间距变化时,所提方法有效实现了动态调谐,恢复了IPT系统谐振状态,达到减少电源所需容量、提高系统传输效率的目的,且最大效率提升幅度为1.64%。