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。     

一种自动天线阻抗匹配CMOS电路的设计

为了解决小型化天线阻抗匹配时由于电感的精度不足导致阻抗匹配效果变差的问题,提出一种自动天线阻抗匹配的CMOS电路. 首先,提出了一种新型阻抗匹配方法,该方法通过在天线的输入端与末端添加电容的方式来实现阻抗匹配. 然后,通过将匹配的电容进行集成,提出一种片上自动阻抗匹配电路,通过功率检测电路和峰值检测电路来判断天线的输入功率的大小,通过电容扫描电路和程控电容来改变天线的输入阻抗. 通过该电路,天线可以自动调节输入阻抗来匹配源端的输出阻抗,以获得最大的输入功率. 该电路省去了使用网络分析仪调节阻抗匹配的步骤,从而可以降低测试环境的变化对阻抗匹配的影响,降低了射频功率放大器输出阻抗的设计要求,可以通过设计匹配电容的精度来改变阻抗匹配的精度.     

改进滑模极值搜索控制在阻抗匹配的应用

针对等离子体隐身中机载小型化射频电源在阻抗匹配网络的匹配速度慢和匹配精度低的问题,提出了一种新的阻抗匹配优化算法.通过分析射频电路阻抗匹配过程提出优化目标函数,根据电路输出有功功率与匹配电容的特性曲线自寻优系统峰值,利用切换环节结合终端滑模控制设计了改进终端滑模极值搜索算法,得到L型匹配网络电容的优化值,获得射频源输出...     

考虑非纯阻性负载阻抗匹配的无线充电系统

为了提高电能传输效率，提出一种基于动态电容和Boost-Buck变换器的无线充电非纯阻性负载阻抗匹配的方法。可根据负载变化来改变电容和Boost-Buck变换器开关管占空比，分别补偿负载的虚部与实部，从而达到最佳阻抗点以提高系统传输效率。在MATLAB/Simulink环境下搭建系统仿真模型，并建立系统实验平台。仿真与实验结果表明，当接不同性质负载时，所提出阻抗匹配方法的系统传输效率都比未进行阻抗匹配时的高，最大系统传输效率可达83.14%,比无阻抗匹配提升了3.21%。同时，在等效阻抗为18～35Ω时，系统传输效率均保持在80%以上，具有阻抗匹配范围大的性能。     

无线充电系统线圈参数优化与偏移特性研究

电动汽车无线充电系统可以实现电能从电网到动力电池的无线传输,无需人工操作,安全可靠,易于实现充电智能化。无线充电过程中,耦合线圈结构参数对于线圈互感值有很大影响,从而影响系统的充电功率和能量传输效率。文章旨在设计并优化无线充电系统线圈结构,以获得合适的充电功率,同时提高充电效率。首先,提出一种基于神经网络和遗传算法相结合的耦合线圈结构参数优化方法,得到最优的线圈和铁氧体参数组合;然后,基于电磁场理论,利用有限元软件分析收发端线圈之间的水平和垂直偏移对线圈自感、互感的影响,研究无线充电系统耦合线圈的偏移特性;最后,搭建了无线充电系统Simulink仿真模型及实验样机进行仿真和实验验证。结果表明,该无线充电系统DC/DC效率高达94.29%,并具有较好的抗偏移特性。     

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.     

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.     

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。     

磁耦合谐振式超导无线输电频率特性

传统无线输电系统在低频条件下的传输效率较低, 限制了其在电动汽车、水下潜艇等低频大功率无线输电场景的应用. 针对此问题, 提出使用高温超导线圈替代铜线圈的解决方案. 通过理论分析和实验验证, 研究了不同工作频率下超导与铜无线输电系统的传输特性. 结果表明, 超导线圈相比于铜线圈具有更低的电阻和更高的品质因数, 在低频条件下超导线圈具有独特优势, 同时证明了在低频工作的无线输电系统中, 使用超导线圈可大幅提升系统的输出功率和传输效率.     

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.     

Optimal Design for Wireless Power Transfer System with Relay Resonators

The optimization method by adjusting load and distances between two adjacent coils( or resonators) is presented on basis of wireless power transfer( WPT) system with relay resonators. 2-port network and impedance matching theory are applied to analyzing power flow of incidence and reflection in WPT system,then setting up power flow model. The maximum power transmission efficiency can be obtained when the load and distance between secondary resonator and output coil meets impedance matching at 2-port network's output port. The simulation and experimental results shown the impedance matching method can effectively improve and maintain transmission efficiency by adjusting load and distances between coils or relay resonators.     

射频能量收集的小型化双频整流天线设计

针对传统的双频整流天线转换效率不高的问题,提出了一种用于射频（RF,radio frequency）能量收集的双频整流天线。其工作频段为1.75 GHz和2.45 GHz,主要由接收天线、阻抗匹配电路、二倍压整流电路和负载电路组成。基于小型化双频天线,引入一种新型双频阻抗匹配网络,以提高整流电路在较低输入功率下的射频-直流（RF-DC）转换效率。此外,采用新型阻抗匹配网络使得整流电路复杂度得以降低,减小了能量损耗。与传统的双频整流天线相比,-10 dBm输入功率条件下,在普通室内环境中新型双频整流天线具有更高的RF-DC转换效率。实验结果显示,在1.75 GHz GSM频段和2.45 GHz WLAN频段上最大RF-DC转换效率分别可以达到65.34%和54.3%。测试结果证明,其可以在物联网低功耗设备中得以应用。     

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。     

交叉指漂移管型直线加速器束载效应补偿用铁氧体可变阻抗适配器的研究

系统地阐述了铁氧体可变特征阻抗传输线的设计理论，结合德国重离子物理研究所交叉指强流直线加速器的束载对高频功率馈送的输入阻抗的影响，设计了一个可以在强的加速柬载下实现高频功率源和加速腔高频输入阻抗良好匹配的铁氧体可变阻抗适配器。     

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。     

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。