磁耦合谐振式无线能量传输理论研究与实验验证

针对三线圈磁耦合谐振式无线能量传输系统中线圈距离对系统性能的影响问题,分别从理论上推导出负载功率和传输效率关于线圈间距的函数表达式、计算相邻线圈最佳间距的函数关系式,提出利用求解非线性规划问题的方法求解中继线圈最佳位置。基于以上推导设计了系统软件,该软件能够根据给定的系统参数直接输出传输功率、系统效率等值并进行优化。最后通过实验验证了理论和设计的可行性,对于不同的系统可以通过理论和软件来确定各个线圈的最佳位置。     

无线充电系统电能传输距离的研究

针对双线圈无线充电系统电能传输距离较短的问题,采用增加中继线圈的方法来提高传输距离,首先利用电路互感理论对系统进行建模分析,分别推导出系统传输效率关于线圈间距的函数表达式,然后通过编程仿真分析其变化关系,最后进一步利用Matlab搭建系统模型验证其可行性,仿真结果表明:在系统传输效率较高且稳定的情况下,相比双线圈系统,带中继线圈的系统可以使传输距离提高0.2 m.     

基于定向天线和最佳中继选择AF策略的协作通信系统

提出了采用定向天线和最佳中继选择AF协作策略的多中继协作通信系统,从理论上推导出相应的系统中断概率公式.结合理论分析结果对中断概率和信噪比、信道衰落系数、天线功率增益、中继节点数以及节点功率分配系数之间的关系进行了仿真分析.结果表明:采用定向天线和最佳中继选择AF协作策略的通信系统,不但满足军事通信的射频隐身特性要求,而且在小信噪比、深衰落信道及参与协作中继节点有限的条件下,比采用相同策略的全向天线协作通信系统具有更小的中断概率,提高了通信可靠性.     

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.     

一种新型径向复合阶梯盘形压电变压器

提出一种新型径向复合压电陶瓷变压器,并应用等效电路方法对阶梯金属圆环和厚度极化的压电振子的径向振动,以及阶梯厚度比与最大电压增益及机电耦合系数的关系进行分析.得到的此变压器的等效电路,推导出输入阻抗、共振频率、反共振频率、电压增益和功率效率的解析解,并将计算所得的共振频率、反共振频率与ANSYS模拟结果进行比较验证.结果表明:变压器在共振频率驱动下获得最大电压增益,在共振频率和反共振频率下获得最大功率效率;电压增益和功率效率在固定频率下,都存在着最佳负载.     

无线能量传输中继选择与发送功率分配方案

为了最大化无线能量传输全双工多中继系统的传输速率,提出一种利用中继采集能量并进行中继选择和发送功率分配方案。首先在最好最差信道和最大调和平均值中继选择基础上,考虑中继自干扰信道能量采集,引入中继节点不同功率约束,提出基于节点功率的最好最差信道中继选择和最大调和平均值中继选择方案;然后联合源节点两阶段发送功率分配进行优化求解,给出优化问题解耦后的两步次优解方案,求解出功率分配参数的理论次优值;最后推导得出所提最优中继选择方法的中断概率。仿真结果表明,所提出的中继选择方案比随机选择中继的容量性能在系统中继个数为5时提高了30%以上;与中继选择等功率分配方案相比,所提分配方案的系统容量提升了10%以上,中断概率在发送信噪比为15 dB时下降了16%。     

新型无接触电能传输系统多负载解耦控制研究

利用无接触感应耦合电能传输系统互感数学模型,研究了多负载时系统的功率传输问题.提出了一种解耦控制策略,在能量拾取侧中增加一个Boost电路.在负载轻载时,以较低开关频率控制Boost电路中功率开关管的通断.当功率开关管关断时,系统向负载传输功率;当功率开关管导通时,系统屏蔽副边负载,实现原边线圈与副边线圈的解耦控制.针对系统有无Boost电路分别进行了PSpice仿真分析.理论分析与仿真结果表明,该控制方法能在多负载系统的单一负载轻载时实现副边线圈与原边线圈的电磁解耦,为多负载无接触感应耦合电能传输系统的稳定运行提供保障.     

不对称速率双向中继系统的中继选择及功率分配

研究了不对称速率双向放大转发中继系统中的中继选择及功率分配问题.以中断概率作为约束条件,以系统总发射功率最低为目标,通过将几何规划问题转化成凸优化问题推导了功率分配的闭式解.在此基础上,提出了最小化最低总功率的中继选择标准.最后给出了中继选择与功率分配联合优化策略及实施步骤.仿真结果表明在给定的中断概率门限下,文中的联合优化策略能显著降低系统的功率消耗.     

基于定向天线和机会中继的DF协作通信系统性能分析

定向天线(directional antenna,DA)的电磁波波束具有较小的成型角度,仅能覆盖某一方向上的通信节点,相比全向天线(omni-directional antenna, ODA),具有方向性好、功率增益大、传输距离远以及满足军事通信射频隐身等优点。协作通信技术通过节点间的相互辅助,对抗信道衰落,实现协作分集。为了实现有限节点间如车间、船间且需要采用定向天线的可靠通信,提出了将定向天线和采用解码转发型最佳中继选择的机会中继协作策略(opportunistic relaying,OR)相结合的解决方案,在此基础上推导出相应的通信系统中断概率理论公式,并对中断概率和信噪比、中继节点数、天线增益以及信道衰落系数之间的关系进行了数值仿真分析,以及和全向天线系统进行了比较分析。理论分析和仿真结果表明：在有限节点间定向通信中,采用定向天线的协作通信系统性能与各节点定向天线增益、信道质量和功率分配方式密切相关,适合在小信噪比及深衰落信道环境下采用。最后,进一步分析得出最优功率分配(Optimal power allocation, OPA)比平均功率分配(average power allocation,APA)性能更优。     

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。     

基于双极型三极管的新型直流固态继电器电路的实现

在低电压控制高电压输出技术中,电磁继电器存在开关动作迟缓、触点易抖动和抗干扰能力弱的问题。依据双极型三极管的开关特性和光耦的光电能量转换原理,提出了一种直流固态继电器的电路实现方法,并对实际电路进行了测试。分析结果表明,该电路能够实现弱电对较强电压的通断控制,具有开关动作快,带负载能力强,导通时间短(可达到1 ms)的优点。目前,该技术已成功应用于某地震勘探模拟爆炸机的自主研发电路设计中。     

基于关联数据挖掘的继电保护定值风险评估方法研究

继电保护是确保电网安全运行的关键,为降低继电保护运行风险,现提出一种基于关联数据挖掘的继电保护定值风险评估方法。通过分析常见连锁故障类型及影响因素,采用数据挖掘求得电力系统故障关联度,计算挖掘数据间关联信息熵。利用关联信息熵系数挖掘电力系统内历史相关数据,深度分析每日数据波动特征,明确系统负荷孤立、电源孤立和电网解列情况发生的风险概率,以及功率损失及风险程度,建立继电保护定值风险评估模型,完成继电保护系统的综合风险评估。实验结果表明：所提方法能够有效评估出继电保护系统的风险概率和风险程度,算法收敛速度快,且风险评估的相对均方根误差、平均绝对误差低于2%,均方根误差低于20 kW,说明该方法有利于电力系统继电保护定值风险控制。     

井下电磁中继传输技术研究及应用

 钻井过程中,可以通过随钻测量技术实时获取井下工程参数及地质参数。电磁随钻测量技术有着其他随钻测量技术难以比拟的优势,但其易受到地层电阻率的限制,导致电磁信号传输深度较浅,因此电磁信号的传输深度是电磁随钻测量技术发展和应用的最大制约因素。分析表明,采用中继传输技术是提高电磁信号传输深度最直接、经济的方法。为此,开展了井下电磁信号中继传输特性理论研究,确定了中继器电磁激励方式和天线结构,建立了井下电磁信号中继传输模型;设计了中继器开发方案。根据方案,完成了中继器工程样机的研制,并进行了现场应用实验。实验表明,采用井下电磁信号中继传输技术可有效提高EM-MWD 仪器的传输深度,每级中继器可以提高传输深度70%以上,从而使电磁信号的传输深度不再受制于地层电阻率,拓展了EM-MWD 仪器的使用范围。     

基于Comsol Multiphysics的新型高压直流继电器电弧仿真分析

传统直流电磁继电器采用电磁驱动方式，分断间距为2~3 mm，在工作负载增大时需增加线圈匝数，导致继电器质量增加、灭弧难度增大。为解决上述问题，采用微电机蜗轮蜗杆作为驱动机构、分断间距相比传统电磁继电器大数倍的新型高压直流继电器设计方案，并利用多物理场耦合软件Comsol Multiphysics，基于磁流体动力学（MHD）理论建立了直流继电器的二维电弧仿真模型。考虑到分断间距、电流、磁场强度以及分断速度等条件对电弧的影响，分析了不同上述条件下电弧的运动特性，得到了适定参数下较为合理的间距、工作电流、磁场强度和分断速度，为新型高压直流继电器灭弧系统的结构设计提供参考。     

基于中继协作的无线体域网能效性能分析

从考察中继协作技术对无线体域网能效性能影响出发,比较分析了典型的无线体域网用户间直接传输、单中继协作、多中继协作3种传输方式下的中断概率,以及基于中断概率约束的最小功率消耗问题.进一步分析启动和接收功率消耗、服务质量、中继位置等主要参数对系统能效的影响,从而实现无线体域网中不同用户按具体业务需求选择合适传输方式.     

高压直流继电器电磁系统的优化设计

电磁系统是高压直流继电器的关键组成部分.其中导磁部件的磁饱和情况、涡流现象及结构参数等影响着电磁系统的工作性能.针对该问题,建立继电器电磁系统有限元模型,并进行实验验证.以提高继电器吸持力、降低吸合时间为目标,利用正交试验法对继电器电磁系统进行优化设计.优化过程中通过磁场法分析工作气隙磁通密度的分布情况,并结合继电器在...     

双向中继网络多对大规模MIMO系统安全性研究

在配备有大量天线的多对大规模多输入多输出(MIMO)系统中,研究了多个用户通过双向中继网络交换消息的安全问题.首先,推导出用户的安全容量表达式;然后,通过分析结果,讨论信道容量、天线数和用户对数之间的数学关系,得出系统安全容量的近似表达式.仿真结果表明:当中继的传输功率和用户发射功率远远大于噪声功率时,安全容量与天线数量成正比,与干扰用户对数成反比.     

基于ADAMS的磁保持继电器的动态性能分析及优化设计

以某型号的三相磁保持继电器为研究对象,首先根据实际尺寸在Pro/E中建立其三维模型,然后将模型导入到ADAMS软件中,添加约束、磁链和电磁转矩等参量,建立其虚拟样机仿真模型;其次根据建立好的仿真模型对磁保持继电器进行了动态的仿真,得到了触头断开、闭合及其过程的电流变化曲线,详细地分析了衔铁和三相动触头的位移特性和速度特性;最后,分别设定不同的脉冲电压值和不同的脉冲宽度值,分析其对磁保持继电器动态性能的影响,在此基础上以触头平均分断状态最佳为目标,对模型中弹片、簧片的刚度系数进行参数化建模,寻找到了该继电器在分断时的最佳参数组合,从而实现了优化设计,为磁保持继电器的开发优化提供了有力的保障与依据。