谐振式无线电能传输系统负载特性的分析与优化

研究谐振式无线电能传输系统的电阻负载特性以及对传输效率和输出功率的优化方案.在耦合系数、工作频率一定的前提下,通过理论推导得到传输效率、输出功率与系统负载关系.研究表明,谐振式无线电能传输系统的最大传输效率与最大输出功率所对应的系统负载之间存在最佳负载值,它是改善系统输出功率和传输效率的有效途径.最后,搭建一个小功率谐振式无线电能传输系统平台,实验结果与理论分析结论相一致.     

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.     

磁耦合谐振无线电能传输系统线圈角度偏移的联合仿真

针对在某些特殊环境下无线充电装置的发射线圈与接收线圈产生角度偏移的非线性耦合问题展开研究,依据磁耦合谐振式无线电能传输电路模型,对无线电能传输效率与发射线圈和接收线圈之间的偏移角度的关系进行了分析。使用ANSYS Maxwell仿真软件,建立了多种线圈偏移角度模型,分析了线圈参数,将所创建的线圈偏移角度模型导入ANSYS Simplorer仿真软件,对磁耦合谐振式无线电能传输系统进行联合仿真。通过研究得出了角度偏移的一种极限曲线,有助于磁耦合谐振式无线电能传输系统的非线性校正和优化。     

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.      

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。     

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.     

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.     

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。     

大功率磁耦合谐振式无线电能传输系统实验研究

阐述了磁耦合谐振式无线电能传输系统的系统结构、工作原理及其线圈选型。磁耦合谐振式系统具有传输距离比感应耦合式长、传输效率也相对较高等特点,可以实现对电动汽车的大功率、长距离、高效率无线充电,故在电动汽车领域具有良好的应用前景和研究价值。充分发挥电动汽车分布广泛、清洁环保等优点;并通过实验详细测试了所搭建磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输特性,从而验证了磁耦合谐振式无线电能传输系统的正确性和有效性。     

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。     

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。     

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。     

功率超声珩磨谐振系统电匹配技术研究

针对功率超声珩磨谐振系统阻抗匹配性差的问题,提出了在超声珩磨谐振系统中接入由串联电感和并联电容构成的匹配电路。采用Matlab仿真平台得到了不同参数匹配系统阻抗特性曲线,分析了串联电感、并联电容对系统阻抗、谐振频率的影响规律。在此基础上,采用PV70A阻抗分析仪进行了试验研究。结果表明:仿真结果与试验结果基本吻合,匹配元件参数的合适选择使超声珩磨谐振系统获得了最大效率、最小输出阻抗,接入匹配电路后的超声珩磨谐振系统基本避免了因匹配差引起的加工不稳定甚至无法加工的现象。     

基于铁氧体反射器的磁谐振无线能量传输效率的优化

为了改善磁耦合无线能量传输系统的传输效率随距离增加而快速衰减问题,提出一种基于铁氧体结构的优化设计方案.将四谐振体无线能量传输系统等效为二端口网络,分析推导了系统传输效率的表达式.仿真并设计制作了收发线圈直径为30cm的磁耦合无线能量传输系统,实测在30cm传输距离内传输效率达90%以上,在60cm处传输效率约40%,测试结果与仿真结果相吻合.在此基础上,保持原始系统的结构参数不变,引入基于铁氧体结构的磁反射面.研究了两种不同面积大小的磁反射面对系统传输效率的影响,发现不同面积的磁反射面对系统的传输效率有积极和消极两种影响.通过对铁氧体结构的优化设计,实现在30cm到90cm的传输距离内,相比原始系统传输效率最大有15%的提升.     

线圈方位对磁耦合谐振式无线电能传输系统性能影响分析

针对磁耦合谐振无线电能传输系统中线圈之间方位改变对系统传输性能的产生影响的问题,利用互感耦合模型,得出了互感系数与系统传输功率和效率的关系,进一步分析了轴向距离、径向距离和偏转角度的改变对传输性能造成的影响,并利用有限元软件进行仿真建模分析,研究表明：存在最佳的轴向和径向距离使得系统传输功率最大,而传输效率却随着轴向和径向距离的增大而减小;偏转角度在一定范围内,系统传输功率和效率基本不变,超出一定范围则逐渐较小,当偏转夹角为90°,传输功率和效率几乎为0。实验验证了理论分析的正确性,可为移动物体的无线充电系统设计和参数优化提供了有效的参考。     

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。     

谐振式无线电能传输中铁氧体屏蔽特性

针对磁耦合谐振式无线电能传输(magnetic coupled resonant wireless power transfer, WCR-MPT)中铁氧体屏蔽材料的设计和选取没有明确的指导方法,且铁氧体屏蔽材料的添加直接影响系统的传输性能,利用电路理论和麦克斯韦方程组进行数学建模,在Maxwell仿真平台上搭建了一个带有铁氧体屏蔽材料的磁耦合谐振式无线电能传输装置,并对铁氧体屏蔽材料添加之后线圈之间的互感和耦合系数、线圈本身的电阻和品质因数的影响进行了分析.最后,搭建硬件电路进行实验,探究不同覆盖面积、距离、形状下的铁氧体屏蔽材料对系统传输效率的影响.结果表明只在接收端全屏蔽且紧靠接收线圈时可以有效提高系统的传输效率.