磁感应耦合式无线电能传输系统效率分析及控制策略研究

磁感应耦合无线电能传输是无线电能传输方式的一种,该技术日趋成熟,已经被应用于许多行业,如电动汽车、电子产品、医疗设备、工业设备等行业。介绍了几种传统的无线电能传输方式的工作原理,并对比了这几种传输方式的优缺点。介绍了松耦合变压器的结构,并分析了不同补偿方式下,单补偿网络与双补偿网络拓扑的优缺点,进而确定试验中原、副边均采用串联补偿电容的拓扑结构。考虑变压器线圈内阻,计算谐振网络传输功率和效率与松耦合变压器互感值和系统工作频率之间的变化关系,再根据变化规律选择合适的工作频率和变压器互感值。对系统进行化简建模分析,搭建系统仿真模型,通过仿真验证了整个系统设计的可行性。     

电磁感应式水下松耦合变压器的设计与仿真

水下自治机器人的电能传输是深海资源勘探中必须解决的问题。如今大部分水下机器人采用接触式电能传输方法,然而其系统的复杂密封结构使其接口会出现严重磨损并存在漏电隐患。与接触式方法相比,非接触式电能传输技术^([1])(CLPT)方法避免了电击、漏电等危险,而且不需要复杂的密封工艺。首先,建立无线电能传输系统的互感和励磁模型,然后分析其系统传输特性,建立水下CLPT模型,利用ANSOFT仿真软件,得到自感、互感及耦合系数,通过对耦合器性能参数、漏磁屏蔽等进行有限元分析,实现电磁耦合器结构[2]的优化设计。进一步仿真耦合系数与气隙、输出电压和传输效率随负载的变化规律。仿真结果表明,优化后的电磁耦合器具有良好的耦合特性,能够充分发挥无线电能传输系统的优势,通过安全高效的传输方式地为水下机器人提供足够的电能。     

基于双边LCC的感应耦合电能传输系统软开关参数设计

补偿网络作为电源、耦合器以及负载的通道,是无线电能传输系统中必不可少的环节.本文针对现阶段感应耦合电能传输系统中常用的双边LCC补偿网络进行参数设计并实现软开关,减小无线电能传输系统的无功损耗,提升整体效率.首先介绍了4种基本的补偿网络的传输特性,然后引出双边LCC补偿网络.基于软开关特性,对双边LCC的谐振网络进行了...     

基于海水环境下ICPT系统电磁耦合器的研究

感应耦合电能传输技术(ICPT)是近来兴起的一种新型电能传输模式。针对深海环境下海流扰动影响ICPT系统传输性能稳定的问题,利用ANSYS有限元仿真软件分析电磁耦合器不同间隙下耦合系数和电感参数随磁芯偏心量的变化趋势。建立含有补偿电容的互感等效电路,计算分析系统谐振情况下系统功率和传输效率的影响因素,仿真研究系统功率和传输效率随输入电压、负载电阻、频率和线圈匝数的变化规律,为提高海水环境下ICPT输系统的优化设计提供参考。     

磁耦合谐振式无线电能传输天线仿真设计

磁耦合谐振式无线电能传输系统有着传输效率高、传输距离远以及传输功率大等优点。天线作为该系统的核心部分,直接影响到系统的传输效率。用HFSS软件仿真设计螺旋半径50～100 mm之间的6组天线模型,研究了发射和接收天线在能量传输过程中发生频率分裂的现象,通过电容值调节使发射和接收天线达到良好匹配,提升了原谐振频率点处的传输效率,同时分析了天线传输效率与螺旋半径之间的关系。     

双边LCCL无线电能传输系统参数设计方法研究

本文分析了感应式无线电能传输(ICPT)技术中双边LCCL谐振网络的特性及工作原理,基于此原理提出了一种结合Ansoft 16.0软件的双边LCCL谐振网络的参数设计方法,该方法在分析中利用单匝线圈代替实际应用中的多匝线圈,简化了设计流程。利用此方法可实现发射线圈电流在特定频率点的恒定输出,形成稳定交变磁场,不受负载和耦合系数的影响。提出一种通过调节初级侧补偿电容实现零电压开通(ZVS)的方法。设计了一台10kW无线电能传输样机,验证了所提特性和参数计算方法的可行性和正确性。     

高效E类功放在无线电能传输系统中的应用

功率放大器作为无线电能传输系统的输入功率源,其性能的高低决定了整个电能传输系统的优劣。为了解决传统功率放大器效率较低的问题,设计了一款高效率E类功率放大器。该功放为L型匹配输出,以达到抑制谐波和匹配输出的目的。分析及测试表明,在E类功率放大器中采用高品质因数电感可以有效提高无线电能传输系统的传输效率。     

WPT电磁生物安全性研究现状及展望

生物电磁安全性是无线电能传输技术实用化和产业化需要解决的首要问题。本文首先对生物电磁效应进行简要介绍，然后系统梳理了目前电场式和磁场式无线电能传输技术生物安全性的研究现状，最后指出无线电能传输生物电磁安全性方面几个需重点关注的问题。     

某实船柴油发电机组紧急停机故障原因分析及仿真试验验证

针对某实船柴油发电机组出现的无报警紧急停机故障,本文基于电场干扰原理建立了电容性耦合传输路径的模型,对故障原因与机理进行了分析,同时通过数字仿真与实物模拟两种方法验证了故障原因的正确性,最后给出了两种解决此类故障的有效途径。     

水下自主航行器非接触式充电系统频率控制

水下自主航行器(AUV)非接触式充电系统通过补偿电容与系统电感的谐振作用,使系统的功率因数达到最大,以实现电能的高效传输。在深海环境下,系统初、次级磁芯在受到水流冲击后会产生偏心和间隙,引起耦合系数发生变化,系统的谐振频率点也会发生改变,充电能力下降。本文研究在水流冲击作用下,通过频率控制使系统始终在谐振频率点运行以提高系统的传输能力,并提出了基于锁相环控制的AUV非接触式充电系统的频率控制实现方式。     

滑动变压器在非接触电能传输系统中的研究

滑动变压器是自动化码头非接触感应电能传输系统的核心部件,可以实现高速货物运输小车的安全供电。根据滑动变压器气隙较长、漏磁较大的结构特点,建立滑动变压器基于耦合电感理论的状态空间数学模型,以及基于通用软件MATLAB/SIMULINK的仿真模型。该模型参数简明,使用方便。对各种补偿拓扑和谐振频率进行对比分析,验证了模型的有效性,同时为系统补偿方案和工作频率的选择了提供可靠依据。     

基于单片机的非接触式能源补给系统设计

非接触式电能传输技术因其特有优势有望能解决水下无人航行器的能源补给问题。首先根据非接触式电能传输技术基本原理建立系统模型,然后设计了电磁耦合器、电能变换电路和PID控制器,最后制作原理样机以供实验。试验结果表明,设计的系统样机可以实现8 mm传输间隙下达50%的传输效率;在14 mm间隙内,PID控制器能使系统的传输效率最多提高10%。     

基于磁耦合谐振的无线电能传输研究

基于磁耦合谐振式无线电能传输机理,构建了以TMS320F2812型号的DSP作为主控芯片的无线传输系统装置,并进行软硬件设计.同时对各模型参数进行了理论计算,并根据模型对不同传输频率下传输效率与负载进行了分析,得出了不同耦合状态下系统获得最大负载功率的条件.系统实验采用定变量的方法,保持一定的负载电流变化逆变频率,结果表明:该系统能够维持一定距离和传输效率进行传输.     

军港磁谐振式无线供电动态调谐技术分析

磁谐振式无线电能传输具有高效率、灵活性和安全性的优势,利用它来实现军港无线供电具有广阔的应用前景.本文首先建立了磁谐振式无线电能传输系统的互感电路模型,分析了系统特性;在此基础上系统分析了磁谐振式无线电能传输动态调谐技术;最后立足于实际应用提出磁谐振式无线电能传输技术的军港应用亟待解决的几个问题.     

一种用于波浪补偿系统的超级电容储能装置研究与设计

研究一种用于波浪补偿系统的超级电容储能装置,通过利用双向DC/DC变换器将直流母线与超级电容连接起来,致力于解决波浪补偿后回馈电能的利用问题。选择三相半桥型的非隔离型双向DC/DC变换器作为传输电路,以直流母线电压的变化为参考,通过设计了双向DC/DC变换器的双闭环控制策略,来达到母线电压稳定的目的。当直流母线电压升高,控制超级电容充电,当直流母线电压降低,控制超级电容放电。实验验证了所提出的基于DSP的双向DC/DC变换器的超级电容储能装置控制策略的有效性。     

舰船电缆耦合的有损传输特性分析预测

论文针对工程中的电缆耦合的有损传输问题,着重开展了电缆耦合的有损传输特性分析及预测。主要运用多导体传输线的理论建立电缆耦合的等效电路,并分析了有损传输线上的电压电流分分布。在此基础上,仿真分析了电缆耦合的影响因素以及耦合干扰传输特性,从而实现了对电缆耦合的有损传输特性预测。     

无线电能传输系统单相高频逆变器设计

无线电能传输成为电气自动化领域的研究热点之一。其中高频逆变器是无线供电系统的核心,关系到整个系统性能的优劣。本文对无线电能传输单相高频逆变器的软硬件进行设计,搭建了一台8 kW高频全桥逆变器,给出了主电路和控制电路的具体参数计算。最后给出了工程样机的仿真波形和实验波形,验证了理论分析与工程设计的正确性。     

以数据为中心的舰载分布式系统

在分析传统的以处理为中心的舰载分布式系统存在的诸多瓶颈的基础上,研究了以数据为中心的设计方法。采用实时发布-订阅协议的数据分发服务,提供了1种以数据为中心的通信规范,定义了1个可扩展、与平台无关、与位置无关的基础服务模型。该模型在空间、时间、传输、功能方面都是松散耦合的。实时数据发布者和订阅者,通过设置和调整服务质量参数,可以实现不同的数据需求和传输方式。系统内的各种数据能轻松发送和接收,有利于系统灵活动态的扩展和升级,易于组建更大范围的应用系统。     

基于传输线方法的电缆耦合预测技术

针对工程中的电缆耦合问题,着重探讨了电缆耦合预测的计算方法.运用多导体传输线的理论为均匀/非均匀介质中的电缆耦合建立相应的等效电路模型,并采用计算电磁学中的有限元数值计算方法获取该电路模型里的电容、电感参数.在此基础上,借助软件工具对三条电缆间的耦合情况进行仿真计算,分析信号频率、电缆长度对电缆耦合的影响,以此作为电缆敷设的指导依据,从而实现电缆耦合预测.     

大功率水下无线供电装置设计

针对水下航行器等海洋机电设备传统供电方式存在的水下电缆供电活动范围受限、蓄电池供电工作时间受限等问题,设计基于双E类功放电路的水下大功率无线供电装置。该装置采用磁耦合谐振式无线电能传输技术,同时,相关电路参数以Raab条件为基础进行设计,使双E类功放电路MOSFET开关管实现ZVS、ZDS软开关导通。通过Multisim电路仿真软件,建立该装置无线供电电路模型,可实现千瓦级的无线供电功率,无线电能传输效率达94.5%,距离为20 cm。仿真结果验证理论设计可行。