电磁谐振无线能量传输系统参数研究

谐振线圈参数直接影响电磁谐振无线能量传输系统的效率,研究线圈参数与传输效率之间的关系,对无线传能系统的研究和设计有着非常重要的意义.推导了电磁谐振无线传能系统的数学模型,并利用Matlab对系统的频率、线圈半径、线圈匝数、线圈长度、线圈间距离等参数进行了仿真研究.研究结果指出了系统各参数变化时对系统效率影响,频率、线圈半径和线圈匝数等参数增大有利于提高传输效率,但增大到一定程度后对效率的影响不再明显;线圈长度和线圈间距离增加会降低系统效率,但可以通过提高系统频率来进行补偿.     

磁耦合谐振式无线电能传输系统在过耦合区域传输效率分析

该文研究了磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统在过耦合区域对等同谐振回路和非等同谐振回路的可实现传输效率。利用等效电路理论建立了MCR-WPT系统的电路模型。通过等效参数与频率、耦合系数的函数关系,分析了频率分裂现象,并推导出频率分裂的闭合方程和等同谐振回路在过耦合区域的传输效率。通过设计环状线圈及相关实验,验证了分析结果与实验结果的一致性。通过数学证明发现,即使在等同谐振回路内出现频率分裂,也可保持传输效率为1个恒定值。研究结果表明,等同谐振回路在MCR-WPT系统过耦合区域可实现高稳定性能。     

磁耦合谐振式无线能量传输效率分析

为分析无线能量传输的效率问题,利用电磁仿真软件HFSS,建立了单个线圈模型,利用单个谐振线圈模型构建了基于磁耦合谐振的能量传输系统。通过S参数曲线直观反映能量传输效率的变化规律,验证了磁耦合谐振式能量传输效率远远大于一般的感应耦合。通过改变模型中两线圈的相对位置,分析了线圈距离、夹角等因素对能量传输效率的影响,依据效率变化曲线,直观展示了频率分裂现象。仿真和分析表明,为实现系统的高效率、远距离能量传输,应尽量减小收发线圈的角度和线圈的错位偏移量,该系统为设计和优化无线电能传输系统提供了一种理论分析方法。     

三维无线能量传输系统失谐影响的研究

三维无线能量传输系统在工作时最理想的状态是初次级回路在发生谐振,然而在实际工作时系统初次级线圈回路的固有谐振频率会偏离系统预设的工作频率,导致系统的传输效率降低。通过对三维无线能量传输系统进行数学建模,推导出传输效率表达式。通过理论和实验分析了初次级线圈的失谐对系统传输效率的影响,得出初级线圈回路固有谐振频率的变化对系统的传输效率有着重要的影响。     

磁耦合谐振式供电系统的频率分裂抑制方法

抑制谐振式供电系统发生的频率分裂在过耦合处系统效率不降低.运用耦合模理论,推导出效率与频率、耦合系数的关系式,并发现频率分裂现象.其原因为谐振线圈的品质因数发生改变.随后本文提出使用电感较大接收端的方法.此方法可以抑制频率分裂且提高传输效率.最后,组建了磁耦合谐振式供电系统实验平台,实验证明此方法有效.     

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.     

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.      

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。     

无线电能传输效率优化

基于无线电能传输系统模型,通过系统一次侧和二次侧的电压回路方程及引入的系统一次侧和二次侧频率漂移因子,给出了电源输入侧的系统阻抗表达式及系统总电能传输效率表达式。针对系统频率漂移影响电能传输效率的问题,设计了一种系统电能传输效率的优化方案。在系统负载范围内,计算出了系统的最优谐振频率及不同负载水平下的最佳电能传输效率。系统频率漂移时,通过调节相关参数使系统工作在最优电能传输效率状态。系统仿真结果表明,系统频率漂移时,根据本文提出的方法能够有效提升电能传输效率。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统线圈结构参数优化方法

谐振线圈是磁耦合谐振式无线电能传输(magnetic coupling resonance wireless power transfer, MCR-WPT)系统的核心部分,线圈参数决定了系统电路的谐振参数,进而决定系统的能量传输效率。现有研究只考虑了近距离四线圈及以下MCR-WPT系统建模及其线圈参数优化。为了实现中远距离高效无线传能,构建了一种六线圈MCR-WPT系统模型,并以线圈结构参数为优化变量,通过分析限制交叉耦合与频率分裂的条件建立优化变量约束函数,以线圈互感与线圈内阻之比为目标函数,设计了一种基于灰狼算法的定线圈间距六级MCR-WPT系统参数优化方法,并通过仿真进行了验证,结果表明,其最优传能效率达93%,所构建的六级MCR-WPT及其参数优化方法有效。     

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.     

基于风光互补发电无线电能传输系统的研究与设计*

风光互补发电系统作为一种绿色能源可独立对外部供电,无线电能传输(Wireless Power Transfer)技术又提供了一种方便快捷的能量传输方式,本文结合两者的优点,将风光互补发电系统的输出作为WPT谐振电路的输入端,利用无线电能传输技术对负载供电,利用了绿色能源的同时又能节约电力运输成本。分析了磁耦合感应与磁耦合谐振之间的联系以及平面线圈频率分裂的相关因素,针对目前小型平面谐振无线充电设备随发射端和接收端距离的变化而产生传输波动的问题,在发射端采用XKT-408集成电路进行自动频率锁定,在发生频率分裂时调整线圈偏移角度可削弱两线圈的互感系数来抑制频率分裂现象,提高了接收线圈峰值电压。最后搭建了小光互补无线能量传输系统,在径向距离50mm处可成功对负载充电,该模型为基于风光互补发电无线充电系统的应用提供了参考。     

信息和能量同传全双工中继信道的物理层安全方案

给出一种信息和能量同传中继无线信道中的物理层抗窃听安全传输方案。中继工作于全双工模式,采用放大转发方式转发信号,同时采用信息和能量同传模式从所接收到的射频信号中收集能量,并用于信号的转发。目的节点也为全双工节点,在接收信息的同时发送人工噪声去干扰窃听节点的接收。以最大化系统的保密速率为目标,对中继采用功率分裂方式和时间切换方式时的功率分裂因子、能量收集时间比例因子和信号与人工噪声功率分配因子进行优化。由于无法得到关于最优参数的表达式,因此,采用二维搜索方法来对优化问题进行求解。仿真结果表明,功率分裂因子、能量收集时间比例因子、信号与人工噪声功率分配因子的优化和目的端的协作干扰能显著提高系统的性能。     

松耦合感应电能传输系统的分析

在松耦合感应电能传输（LCIPT）系统中，系统工作频率大小的选择与电源的成本和系统电能传输大小有密切关系，限于目前功率电子器件水平和系统效率要求，提高系统频率受到限制．介绍了一种变换器拓扑结构，利用LC振荡时传输电能，当电容电压衰减到设定值时闭合开关对电容充电，使得开关管频率远小于谐振频率，从而提高了系统工作频率，降低了系统成本；最后，用Saber的时域和频域仿真验证了其正确性。该拓扑结构不仅适用于LCIPT，对于其它的变换器结构同样适用．     

改进粒子群算法的自动阻抗匹配技术

由于无线电能传输距离的改变或谐振线圈之间发生偏移、负载改变等多方面的影响使系统的输入阻抗发生变化,导致输入阻抗与射频源内阻不匹配,使传输效率大幅下降。在射频源和发射线圈之间加入阻抗匹配网络可以提高无线电能的传输效率。为了提高阻抗匹配的精度和速度,提出了一种改进的粒子群算法。重点将改进算法和传统算法进行仿真实验比较,证明了改进算法在匹配精度和速度方面的优越性。最后将该算法嵌入到自动阻抗匹配系统中,提高了无线电能的传输效率,同时证明了所提算法的有效性。     

磁耦合无线电能传输系统能效性能在线监测器设计

无线电能传输（WPT,wireless power transfer）技术目前已被应用到生产生活的很多领域,在WPT系统运行和调试时,需要对系统进行监测以了解系统的实际工作状况。给出了一种上位机与下位机结合的无线电能传输系统能效性能监测器设计方案,以LCC-S型磁耦合WPT系统为监测对象,对监测系统需求进行了分析,给出了WPT系统各能效性能参数的计算公式,提出基于STM32的下位机和基于PC与LabVIEW的上位机系统硬件和软件设计方法。最后通过实验验证了所提出的无线电能传输系统能效性能在线监测器设计方案和设计方法的合理性和可行性。     

混凝土介质中无线电能传输系统的效率分析及优化

运用无线电能传输技术将室外能量收集系统的能量无线传输到室内能量消耗系统可以减少对建筑物结构的破坏,能够实现绿色建筑与光伏发电技术的有机融合。但是,作为电介质的混凝土材料会对发射线圈与接收线圈间的互感产生影响,使得输入阻抗发生改变并最终导致系统传输效率的下降。以电路理论为基础,分析了混凝土介质对无线电能传输系统传输效率的影响,并且提出了基于阻抗匹配网络实现系统最优传输效率的优化策略。仿真结果表明,随着轴向距离的增加,混凝土介质对无线电能传输系统传输效率的抑制作用逐渐减小,同时由于阻抗匹配网络的加入,系统的传输性能得到明显的改善。最后通过实验验证理论的正确性,实现了针对混凝土介质中无线电能传输系统效率的优化,减少了理论研究与工程应用之间的差距。     

多天线FD-SWIPT中继信道下功率分裂和波束成形的联合优化

设计了多天线全双工(full-duplex,FD)中继信道下联合优化功率分裂因子和波束成形矩阵的能量与信息同传(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)算法.不同于现有的FD-SWIPT方案,考虑较为复杂的多天线中继系统,并用功率分裂(power splitting,PS)代替传统的时间切换(time switching,TS),使得信息传输和能量采集过程可以同时进行.给出了基于迫零算法(zero-forcing algorithm,ZF)的波束成形方案,研究了系统低复杂度的次优解,其中波束成形的使用增强了能量采集和回路自干扰抑制的能力,从而达到更大的吞吐量.还优化了PS,并利用二次插值法求出最优的PS因子,最终得到整个系统的次优解.仿真结果表明,联合优化方案可以提升系统的最大吞吐量,另外,PS因子的选择对系统吞吐量起着至关重要的作用,同时这2个优化因子都与发射功率的大小有关.