采用非接触方式实现电能传输系统的研究

非接触式电能传输是一种利用电磁感应耦合技术、电力电子技术和现代控制技术实现的电源侧与负载侧完全分离的电能传输技术,它避免了传统电能传输方式中裸露导体的存在和接触火花的产生,克服了传统电能传输方式在一些特殊环境如易燃易爆、水下等场合存在的弊端,实现了电能安全可靠地传送.研究了一种采用可分离变压器传输能量的非接触式电能传输系统.通过对可分离变压器的分析,找出了影响传输功率的几个因数,并提出了一种次级线圈并联补偿电容的简单选择方法.文章最后给出了实验结果.     

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。     

非接触感应电能传输系统可分离变压器特性分析

本文对非接触感应电能传输系统中可分离变压器的特点进行了研究,分析了可分离变压器的磁路和电路,讨论了变压器绕组位置和气隙对可分离变压器参数的影响,并利用ANSYS电磁场仿真软件进行定性分析,得出了一些关键设计准则。并在气隙为 4mm和10mm的可分离变压器构成的1kW原理样机进行了实验验证,给出了实验结果。     

新型无接触电能传输系统的性能分析

新型无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相结合，实现电能的无接触传输，消除了传统的电能传输方式带来的电击、短路和发生火花的危险。本文建立了新型无接触电能传输系统的数学模型，并分析研究了系统补偿拓扑、运行频率及负载参数对系统性能的影响。研究结果表明次级补偿可以大大提高系统的功率传输能力，而初级补偿则显著减小了对初级供电系统视在功率的要求，降低了系统成本。     

新型滑动式变压器结构与运行原理分析

滑动式电能传输技术是根据负载工作在移动场合而提出的一种新型电能传输方式,不仅突破了传统电能静止传输的不足,而且简化系统的运行和维护。首先基于传统变压器原理介绍了两种常见的滑动式变压器结构,并在此基础上分析滑动式变压器工作原理。通过建立有限元分析瞬态模型,分析其磁场分布情况和感应电动势。最后通过具体的实验装置,验证了技术的可行性,为今后的滑动式电能传输技术提供理论指导。     

无线电能传输技术综述及应用前景

传统的电能传输方式大多通过导线或插座将电能传输到终端产品。这种传输方式会带来摩擦,易产生电火花等问题,从而影响电气设备的安全可靠性。而无线电能传输技术能使我们摆脱传统的电能传输方式,通过电磁感应、高频振荡、电磁共振、微波等多种形式实现非接触式的新型电能传输。文章讲述了无线电能传输技术在国内外的研究现状,详细叙述了现有理论框架下的四种无线电能传输技术,并比较了四种技术的特点和应用领域。最后,阐述了新型无线电能传输技术的应用技术领域。     

功率因数校正技术在松耦合电能传输系统中的应用与研究

松耦合电能传输系统是一种新型的电能传输技术,通过感应电磁耦合向负载提供电能。其关键部件是松耦合变压器（可分离变压器）,它的耦合系数较低,制约着系统的传输效率。     

无线能量传输负载自适应的频率分叉边界控制

无线能量传输技术是一种新型的电能传输方式,是指相对于传统的利用导线连接的电能传输方式而言,电能从电源到负载的一种没有直接电气接触的能量传输方式,解决了传统导线直接供电的缺陷,是一种安全有效的电能传输方法。目前无线能量传输通常使用补偿电容的工作方式使系统在发射端(原边)与接收端(副边)同时工作于谐振状态,以提高输出能力。前期实验发现,无线能量传输系统的效率受等效负载的影响,选取合适的等效负载可以改善系统的效率。基于此,研究了负载对于系统效率和频率分叉的影响,设计了一个负载自适应控制策略,能够提高系统的能量传输效率,并且保证不出现频率分叉现象。该研究将对无线能量传输系统的可靠设计具有重要指导意义。     

非接触变压器磁路模型及结构优化

非接触变压器是感应电能传输系统中的核心结构,其耦合系数直接影响系统的电能传递效率,因此对其结构优化一直是研究的重点。本文针对一种应用于轨道交通领域的原、副边结构不对称的非接触变压器,根据线性系统的磁场叠加原理,分析了非接触变压器在副边开路和原边开路时其周围的磁场分布,建立了磁路模型,并推导得到原、副边电感及耦合系数的近似计算公式。基于该计算公式对磁路结构进行定性优化,有限元仿真证明了所提磁路模型和参数计算的正确性。在此基础上,利用该磁路模型,优化非接触变压器的结构,提出梯形绕组截面的绕组布置方式,以提高耦合系数;并对原、副边绕组匝数关系进行优化计算,使系统效率最优。根据以上优化,制作非接触变压器实验样机,在48mm气隙下,非接触变压器的耦合系数达到0.45,30k W非接触供电系统在满载时传输效率达到85.3%。     

相对旋转时非接触式励磁系统磁罐变压器研究EI北大核心CSCD

为解决新能源汽车驱动电机励磁系统中电刷与滑环对整车运行带来的安全隐患,将非接触式能量传输技术引入传统励磁系统中,形成新型的非接触式同步电机转子励磁系统。利用非接触式磁罐变压器所产生的高频功率磁场实现励磁能量传输,使系统在复杂的车载工况下安全运行。首先对非接触式磁罐变压器进行互感建模与特性分析,采用串–串并补偿系统提高能量传输效率。针对非接触式励磁系统中高频变压器的设计需求,提出两种可在原、副边相对旋转状态下进行能量传输的变压器绕组结构,用ANSOFT 3D软件比较分析这两种变压器结构在相对旋转时的瞬态特性。通过对1 k W非接触式励磁样机的实验,验证了非接触变压器可在相对高速旋转时安全、高效地进行能量传输。     

基于自动垂直钻井工具的非接触式电能传输系统

针对以泥浆发电机为供电方式的自动垂直钻井工具,提出了一种大功率非接触式电能传输系统。利用电磁感应原理与变压器理论,结合高频逆变技术实现了钻井工具中的电能从转子到定子的非接触式的耦合传输,并满足井下近钻头处随钻仪器设备的大功率供电需求,性能稳定可靠、电能效率达到80%。     

A highly efficient contactless electrical energy transmission system

This paper proposes a new concept for contactless electrical energy transmission system for an elevator and an automated guided vehicle. The system has rechargeable batteries on the car and electrical energy is supplied at a specific place. When electric power is supplied to the car, it runs automatically and approaches the battery charger. Therefore, a comparatively large gap is needed between the primary transformer at the battery charger and the secondary transformer on the car in order to prevent damage which would be caused by a collision. In this case, a drop of the transformer coupling rate due to the large gap must be prevented. In conventional contactless electrical energy transmission technology, since electric power is received by a pickup coil from a power line, a large‐sized transformer is required. When the distance over which the car runs is long, the copper loss of the line also increases. The developed system adopts a high‐frequency inverter using a soft switching method to miniaturize the transformer. The system has a coupling rate of 0.88 for a transformer gap length of 10 mm and can operate at 91% efficiency. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 148(1): 66–74, 2004; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10290     

Contactless power and information transmission

In some applications, contacts between two devices are the first cause of dysfunctions. The aim of this paper is to transfer contactless power energy to add new functions to a tool (e.g., drill machine). A bidirectional communication is also needed. This is realized with an ironless high-frequency transformer for both power and information transmission. Different coil geometries have been studied to reduce mutual inductance between power and information coils. This new solution enables to build low-cost and smart energy transfer systems including communication.     

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。     

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。     

Wireless transmission of power and information through onehigh-frequency resonant AC link inverter for robot manipulatorapplications

A contactless decentralized power supply is proposed with communication capability through only one transformer. A prototype of a wireless transmission system of power and information (WTPI system) was built, and the two-axis position controls of servo motors were achieved by transferring the power and signal through one rotatable high-frequency transformer. The proposed concept can be applied for robotics and numerical control (NC) machines     

Design of a contactless power charger for a functional jacket

This paper presents a contactless power charger for a functional jacket. The contactless power conversion, using the contactless power transformer, is examined. The primary and secondary sides of the transformer are separated by a large air gap, and hence, the power transfer can be obtained without physical contact. The characteristics of the gapped transformer and the compensation methodology on both the primary side and secondary side, are investigated in detail. The contactless power converter using phase‐locked loop control is presented. Experiments and results are disclosed. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

电动汽车高效率无线充电技术的研究进展

发展电动汽车是节能、环保和低碳经济的需求,而无线供电(WPT)是未来电动汽车(EV)供电技术的发展趋势。本文介绍了目前常用的三种WPT技术,指出电磁感应式WPT和电磁共振式WPT因为相对效率较高,更适合于EV充电。针对WPT系统,结合高效变换的目的,从拓扑、控制及变压器角度,对目前EV用WPT技术进行了分析,指出非接触变压器成为制约EV用WPT系统高效能量传递的主要瓶颈,进而对变压器高效化需要解决的主要问题和相关研究展开讨论。对于感应式WPT技术,本文就变压器低耦合系数问题和移动充电系统中的"磁通分布不均"问题,进行了相关技术介绍,并提供了解决思路;对于共振式WPT技术,介绍了其研究进展,指出该技术为中等距离的高效能量传输提供了全新的思路,但仍然存在许多技术盲点。     

植入式设备非接触电能传输系统的研究进展

人体植入式医疗设备的非接触电能传输作为一种实用的生物医学技术,在持续稳定供电方面具有其他供电模式不可比拟的优点,其迎合了患者对安全、健康、舒适的需求,在医疗行业有着广阔地应用前景。文中以综述的形式对比了植入式设备的几种电能传输方式,重点对经表皮的非接触电能传输技术的特点进行分析,总结了其变参数条件下的控制方式和非接触变...