宽频磁耦合谐振式无线电能传输系统谐振器设计

为提高谐振式无线电能传输系统的工作频率范围并定量化设计谐振器的参数,首先根据谐振式无线电能传输原理,建立电路模型方程,研究了系统传输特性与谐振器线圈参数之间的关系,在指定谐振频率、传输距离、负载和接收功率情况下,实现线圈半径及匝数等参数的选取方法.同时在谐振器参数给定情况下,仿真分析了负载功率、发射线圈电流、传输效率等传输特性随传输距离的变化特性.最终,结合所设计研制的宽频磁耦合谐振式无线电能传输系统,通过试验对理论推导和仿真计算进行了进一步验证,试验结果与理论分析和仿真结果相吻合.      

低频磁共振耦合无线电能传输系统补偿电容优化

通过分析磁共振耦合系统在低频状态时的耦合系数、谐振频率、线圈内阻等因素对无线电能传输系统传输效率及输出功率的影响,建立了驱动线圈和负载线圈在非谐振状态下的补偿电容与输出功率、传输效率之间的关系,并推导出了优化的补偿电容的简化计算方法.试验结果表明,文中提出的方法在功率优化和效率优化方面是有效的.     

磁耦合谐振式无线电能传输系统特性研究

在设计磁耦合谐振式无线电能传输系统时,其参数选择对系统传输性能至关重要.对发射与接收端都采用串联电路模型来分析其传输特性,得出系统频率、传输距离和负载电阻与传输功率及传输效率的关系方程.通过仿真发现系统频率的改变对传输功率的作用更为显著,不同的负载电阻对应一个最佳传输距离使得传输功率最大.基于NE555多谐振荡器设计了一套频率可调的无线电能传输装置,通过实验验证了仿真分析的合理性,研究结果可指导磁耦合谐振式无线电能传输系统选择合适的频率、传输距离及负载电阻,使得传输性能较优.     

高效小功率谐振式无线电能传输特性

为研究高效小功率磁耦合谐振式无线电能传输的特性,依据谐振式无线电能传输的原理,构建串串式结构的等效电路模型,并且根据互感理论和基尔霍夫定律等原理,构建无线电能传输特性、传输距离之间的关系,并进行了Matlab仿真与实验对比分析.研究结果表明:传输效率与接收和发射电感、频率和传输距离有关,并详细分析了各个量对传输效率的影响.     

电动汽车无线充电系统SS型补偿拓扑研究

随着电动汽车的普及,电动汽车的无线充电技术受到了广泛的关注.磁耦合谐振式无线传输系统的传输功率大,传输距离适中,因此磁耦合谐振式无线充电技术普遍应用于电动汽车无线充电.磁耦合谐振式无线充电系统可视为松耦合变压器,系统的原、副边线圈之间存在较大的漏感,需要添加相应的补偿拓扑来提升系统的功率和传输效率.对SS型补偿拓扑进行分析,并通过Matlab软件对其进行仿真,分析在不同的负载、电感和频率下系统的输出功率、传输效率的改变.结果显示SS型补偿拓扑的磁耦合谐振式无线传输系统可以承受较大范围的频率波动,输出功率和传输效率也较高,表明该拓扑结构适用于电动汽车无线充电系统中.     

基于E类放大器的电场耦合式水下无线电能传输系统设计

针对单级LC谐振型电场耦合式水下无线电能传输(electrical-field coupled power transfer,ECPT)系统的输出功率低、谐振容量小、频率漂移大等关键问题,设计一种更适于海水环境下的无线电能传输系统。该系统基于CLC-S调谐网络,综合E类放大器效率高、频率高等优点,实现较大的功率输出。利用Maxwell有限元仿真软件,对海水环境下耦合机构的电容值进行了有限元分析。通过对水下耦合机构进行试验,分析负载品质因数Q、归一化频率μ对水下无线电能传输系统的影响规律,可为水下ECPT系统设计提供参考。     

Design of electric-field coupled underwater wireless power transfer system based on class E amplifier

针对单级LC谐振型电场耦合式水下无线电能传输(electrical-field coupled power transfer,ECPT)系统的输出功率低、谐振容量小、频率漂移大等关键问题,设计一种更适于海水环境下的无线电能传输系统。该系统基于CLC-S调谐网络,综合E类放大器效率高、频率高等优点,实现较大的功率输出。利用Maxwell有限元仿真软件,对海水环境下耦合机构的电容值进行了有限元分析。通过对水下耦合机构进行试验,分析负载品质因数Q、归一化频率μ对水下无线电能传输系统的影响规律,可为水下ECPT系统设计提供参考。     

水下磁谐振式无线电能传输系统的分析与设计

针对水下供电技术中传统接触式密封插头容易在使用中发生磨损导致漏电的问题,基于磁谐振式无线电能传输原理建立了磁谐振式三线圈互感耦合模型。该模型由发射线圈、接收线圈和负载线圈3部分组成,独立的接收线圈具有较高的品质因数,负载线圈单匝绕制有效降低内阻损耗,克服了传统两线圈模型传输性能差和四线圈模型耦合次数多的缺点,提高了传输功率和效率。对海水中高频电磁波的传播特性进行了分析,进一步探究了海水中模型传输功率和效率与三线圈之间传输距离的关系。设计了一个三线圈磁谐振式无线电能传输样机,实验结果表明,在海水中传输距离为12cm时,传输效率可达60%,验证了所提方法的有效性。研究可为今后水下谐振式能量传输技术的应用和优化提供理论支持。     

两负载式谐振耦合无线电能传输系统

在无线电能传输系统应用中,接收装置之间互相靠近时交叉耦合的存在,使发射端的能量不能有效的传送给多个接收端.针对无线电能传输系统中多负载装置这一研究热点,建立了含有两个接收端的谐振耦合式无线电能传输系统模型.首先从等效电路的角度进行展开,提出在交叉耦合的情况下运用最大平均功率传输定理,使系统满足阻抗匹配;然后从耦合系数的角度研究接收端的负载功率,对不同负载功率的公式进行了推导和数值计算,并通过实验仿真验证了理论分析的正确性.结果表明,系统在最大平均功率传输定理实现阻抗匹配的基础上,通过调节发送端和接收端的耦合系数,不需要改变接收装置的位置,就能够减少发送端的反射系数,从而使负载端有效的接收发送端发送的能量.     

MRC-WTP系统的滤波器等效模型与阻抗匹配优化

针对传统电路模型中复杂负载的磁耦合谐振式无线电能传输系统分析过于复杂,在实际应用中很难达到最优阻抗匹配而影响电能传输效率的问题,提出一种基于带通滤波器理论的阻抗匹配优化方法。首先,建立一种磁耦合谐振式无线电能传输系统的带通滤波器等效模型,通过建立模型简化分析过程并得到无线电能传输系统阻抗匹配的直接表达式;然后,根据阻抗匹配对电能传输效率影响的分析,得到复杂负载下的理论最优阻抗匹配,并且揭示了在低品质因数耦合谐振系统中优化电能传输效率的实际设计约束;最后,通过仿真和实验证明本文提出的最优阻抗匹配设计使系统具有更强的适应能力。     

磁谐振无线电能传输功率关系及频率失谐分析

为了进一步了解磁谐振无线电能系统参数和传输特性之间的关系以及线圈固有谐振频率失谐和传输特性之间的关系,首先通过能量守恒定律对系统的功率关系进行了分析,接着通过定义线圈的广义失谐因子对磁谐振无线电能传输系统的失谐机理进行了分析,最后通过50 k Hz的无线传输系统对理论分析的正确性进行验证。研究结果表明,在传输距离为20 cm的情况下,当系统失谐时,其传输效率为74.79%,传输功率为271.27 W;当系统谐振时,其传输效率为80.08%,传输功率为285.66 W。磁谐振无线电能传输系统满足复功率守恒,且在线圈的固有谐振频率发生偏移时,其传输效率和传输功率均会降低。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统改进

在三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统的基础上,改进了系统线圈结构。根据电路互感耦合理论,推导出改进三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统传输功率和传输效率的数学理论表达式,阐述了耦合因数对传输功率与传输效率的影响。应用Or CAD与MATLAB软件对传输系统各个影响因素进行仿真分析,设计并制作了试验平台。仿真与试验结果表明:系统存在最佳功率传输和最佳效率传输,并提高了系统整体的传输距离。     

小功率磁耦合谐振式无线电能传输频率分裂的研究

针对在磁耦合谐振式无线电能传输过程中当传输距离到达一定值后,耦合因数超过临界耦合值而出现的频率分裂问题。利用互感耦合理论和等效电路模型对系统进行建模分析,得出负载电压和传输效率与耦合因数、失谐因子的关系表达式,并对其频率特性进行分析。为了改善系统在过耦合状态出现的负载电压频率分裂问题,采用了在保持其轴向距离不变的前提下,横向移动接收侧线圈的方式。进行了小功率磁耦合谐振式无线电能传输实验,结果表明通过横向移动接收侧线圈,可以有效改善频率分裂的问题,为无线电能传输在现实中应用提供了有效参考。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统中的频率跟踪技术

为解决磁耦合谐振式无线电能传输系统由于失谐导致的输出功率大幅下降的问题,通过对串并式系统等效电路的分析,总结了系统失谐的原因,提出了一种以电压换向点时发送端的电流采样平均值作为调节依据的频率跟踪策略,使系统在发射端形成控制闭环对谐振频率进行跟踪,实现电流电压接近同相位,从而提高系统的功率因数,增大传输功率。接着,把该策略用于实际搭建的串并式无线电能传输系统,实验结果表明,输出功率对于频率变化十分敏感,频率跟踪策略使得输出功率上升了近一倍,这也与仿真结果契合,说明该频率跟踪策略对于无线电能传输系统有实际应用价值。     

应用动态解耦技术的ICPT系统输出功率调节方法

针对感应耦合电能传输系统输出功率实时和动态的调节问题,提出了一种基于动态解耦技术的新型功率调节方法。在无线电能传输系统的副边整流电路中加入2个全控型开关管,通过控制整流电路两侧开关管的导通与关断,即调节2个开关管的占空比使得负载侧与谐振网络的动态解耦,实现对谐振网络输出电压的不连续调节,进而达到调节输出功率大小的目的。通过对比调频、调幅、移相以及能量注入控制4种常用功率调节方法的工作原理和特征,该方法在快速性、复杂度、体积、成本等方面都具有其他调节方式不可比拟的优势。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和方案的可行性。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统多负载特性研究

针对发射线圈面向两个平行的小型接收负载线圈电能传输情况进行研究,搭建带有频率跟踪装置的双线圈结构磁耦合谐振式无线电能传输装置平台,并在该平台上对单/双负载线圈的发射线圈间距离（以分米级为单位）与传输效率之间的关系进行实验.单负载实验结果与仿真结果吻合度很好,但实测效率普遍比仿真效率要差;多负载实验仿真模型能正确反映传输效率随线圈间距的变化情况,实际实验测量数据与仿真数据相吻合.表明,应用磁耦合谐振式技术的双负载无线输电系统在分米级的传输距离下能够达到较高的传输效率.     

磁耦合谐振式无线电能传输系统中锥形谐振线圈结构优化

在磁耦合谐振式无线电能传输系统中,谐振线圈结构是影响电能传输效率的关键因素.针对锥形谐振线圈结构,基于电路理论,推导了电能传输效率与电路参数的关系表达式;采用数值计算方法,对比研究了锥形谐振线圈与螺旋谐振线圈的电能传输效率.结果表明,轴向间距在一定范围内,锥形谐振线圈电能传输效率更高;进一步研究了锥形谐振线圈结构参数与电能传输效率的关系,提出谐振线圈结构优化方案;实验结果证明,与螺旋谐振线圈比较,锥形谐振线圈的电能传输效率更高.     

三线圈无线电能传输系统传输特性的研究

针对三线圈无线电能传输系统中继线圈的位置对系统的输出功率和传输效率等传输特性的影响问题展开研究,设计一种采用DC-DC转换电路的传输策略,使得整个系统能在中继线圈的摆放位置不发生改变的情况下,通过调整负载的等效阻抗,将传输效率维持在一个较高的水平.实验结果表明,该传输策略不仅适用于中继线圈固定、负载阻值改变的情况,在负载保持不变而中继线圈位置产生变化时依旧能保持较高的传输效率.     

磁耦合谐振式串串型无线电能传输系统的研究

为了进一步研究谐振式无线电能传输(Resonant Wireless Power Transfer)技术,根据WPT技术的传输原理,提出了一种基于串—串(SS)型结构的无线电能传输模式。基于串联谐振和并联谐振等效电路的计算比较,结合WPT的SS、SP、PS、PP四种拓扑结构和补偿电容的计算公式,确定系统发射端选用串联谐振电路最合适。为了便于分析和计算,本研究选定串—串(SS)型系统进行研究。进一步根据基尔霍夫定律,建立系统负载功率和系统能量利用率的模型,进而提出提高电能利用率的措施。利用PSpice软件绘制电路图并仿真验证,得到实验结果与理论分析结果一致,为下一步的研究提供了有效的基础。     

耦合共振无线电能传输系统最大效率跟踪控制

耦合共振无线电能传输系统发射端与接收端距离小于某一特定值时,共振频率将发生变化,传输效率将大大降低.为了保持接收端实时以最大效率运行,本文提出一种耦合共振无线电能传输最大效率跟踪控制方法.该方法根据耦合共振无线电能传输效率特点引入粒子群优化策略(PSO),通过迭代求解粒子适应度函数,获得全局最优解,实现系统最大效率跟踪控制.研究表明,所提方法能够找到不同距离下最大传输效率对应的系统谐振频率,使无线电能传输系统电能接收端以最大效率运行.