用于非接触电能传输的自适应谐振技术原理

分析了非接触电能传输系统中耦合谐振电路的特性,着重探讨了谐振状态对提高传输功率和传输效率所起的重要作用,进而提出了基于锁相环的自适应谐振控制策略。通过对逆变器输出电压、电流的检测和计算得到相位差,输入到PI调节器和振荡环节对逆变器的驱动频率进行调整,经过一段暂态过程后,逆变输出电压、电流的相位差为零,从而实现了电路的自适应谐振控制。系统仿真和实验结果表明:基于锁相环自适应谐振控制原理的非接触电能传输系统能够对原、副边所有元件参数的变化进行快速跟踪和调节,使整个系统工作在谐振状态,保证系统始终具有最大的传输功率和传输效率。     

磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制研究

采用频率为100~500 kHz的高频逆变器为无线电能传输(WPT)提供高频交流电源,并基于此研究了WPT的频率跟踪控制以解决频率失谐带来的不良影响。通过理论分析得出,当磁耦合谐振式WPT采用SS或SP拓扑时,可以直接跟踪发射端电流频率,而对于接收端电流,需先将其经过一定处理才可作为被跟踪的信号。经过仿真得出,即使起振频率偏离系统固有谐振频率,直接跟踪发射端频率后也能使电路的工作频率稳定在固有谐振频率,而直接跟踪接收端电流时,电路的工作频率偏离固有谐振频率较远。在理论分析和仿真研究的基础上,实验验证了直接跟踪发射端电流频率的WPT。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统频率分裂抑制方法

磁耦合谐振式无线电能传输系统工作在过耦合状态时,会发生频率分裂,导致系统在原谐振频率处的效率变低。文中运用等效电路理论,推导出了效率、输入阻抗与频率的关系表达式,并以此为基础,分析了频率分裂现象,得到了影响系统频率分裂和效率的几个关键参数。随后提出了一种调节系统关键参数的方法,为了调节系统参数,提出了使用L型阻抗匹配网络来调节等效负载电阻的方法。使用所述方法可以有效抑制系统的频率分裂现象及提高系统效率。最后,设计开发了一套磁耦合谐振式无线电能传输系统装置,仿真和实验结果验证了该方法的有效性与正确性。     

基于DSP大功率中频感应焊机的研究

介绍了基于数字信号处理(DSP)设计的中频感应焊机。其中电源逆变控制采用了负载输出电流过零检测——锁相环复合控制技术，使逆变器的工作频率自动跟踪系统固有谐振频率。该电源始终能运行在负载功率因数为1的状态。     

基于线性自抗扰控制的无线电能恒压无通信传输方法

针对负载动态变化易导致磁耦合无线电能传输系统传输效率低、输出电压波动大的问题，提出一种基于线性自抗扰控制的无线电能恒压无通信传输方法。该方法在系统的输入端采用锁相环跟踪谐振频率，并采用扰动观察法实现最小输入功率跟踪；同时，在输出端采用基于线性自抗扰控制的移相半控整流电路控制策略，使系统工作于恒定电压输出、高效传输的状态，且系统输入端与输出端之间无需通信。仿真结果表明，当负载和参考电压发生变化时，系统的输出电压始终恒定在参考值，系统传输效率保持在90%左右。     

饱和电抗器LCL补偿感应式无线电能 传输系统谐波特性分析

针对LCL-S拓扑补偿的感应式无线电能传输系统,分析其频率分叉特性,获得了次谐振点频率的特点。通过设计感应耦合功率传输(ICPT)系统的参数能够消除频率分叉,提高系统的稳定性。得到了一般固有谐振点工作时,系统的输出功率较次谐振点的输出功率低的结论。为提高ICPT系统的可控能力,提出一种一次侧采用直流可控饱和电抗器的LC复合谐振网络的ICPT电路,基于互感模型和电路理论,详细分析输出电压的特点。以方波脉冲作为系统电源,饱和电抗器产生的高次谐波电流经过补偿网络能够传输到负载,提高系统传输功率。利用有限元软件建立饱和电抗器模型进行仿真,搭建实物样机系统进行实验,仿真结果和实验验证了理论分析的正确性。     

元件参数漂移对ICPT系统的影响及解决方案

针对补偿元件参数漂移降低系统传输功率和传输效率及频率分裂导致频率跟踪容易陷入局部最优的问题,以LCC/S三阶补偿拓扑结构感应式非接触耦合电能传输(ICPT)系统为研究对象,这里提出一种通过参数化扫描截取最优工作频段以进行频率跟踪的方法。首先通过理论推导计算出输出电压与频率的关系曲线,基于补偿元件参数漂移对输出电压与频率的关系曲线的影响进行参数化扫描,然后截取出最优工作频段并利用简化的登山法自适应跟踪最优谐振频率点。最后,通过仿真和实验证明了理论分析方法的正确性。     

非接触电能传输(CPT)系统频率分裂现象分析

非接触电能传输(Contactless Power Transfer,CPT)系统在工作过程中会出现频率分裂现象。论文以串联补偿的CPT系统为研究对象对系统进行建模分析,推导出了CPT系统中重要参数的方程表达式并选择负载电压作为重点研究对象。数值分析和实验结果表明,负载电压和负载功率在过耦合区内(k>kcritical)会分裂出两道脊,CPT系统工作在谐振频率(f0)和关键点(kcritical)时可以获得最大的负载电压和负载功率。     

基于PI-DPLL复合控制的高频逆变电源研究

针对高频逆变电源频率跟踪中的不足,提出了一种基于比例积分(PI)和数字锁相环(Digital Phase-Locked Loop,简称DPLL)相结合的复合控制方法.在动态条件下,当逆变器开关频率与负载固有谐振频率的误差值大于或等于偏差规定值时,采用单纯的PI控制,快速地将逆变器的开关频率引入锁相范围;当频率误差值小于偏差设定值时,采用DPLL控制,使逆变器在稳态条件下始终工作于负载谐振或准谐振状态.在分析高频逆变电源工作原理的基础上,详细介绍了PI-DPLL的复合控制策略及DPLL的软件实现,推导出DPLL的数学模型,进行了稳定性分析.最后,对采用PI-DPLL控制的逆变电源动态过程进行了仿真分析,在一台直流输入电压为310 V,输出频率为30 kHz,功率为4 kW的串联谐振逆变器电源中得到验证.仿真和实验结果均表明,基于PI-DPLL复合控制的高频逆变电源具有动态响应快,稳态精度高的特点.     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的频率特性

针对磁耦合谐振式无线电能传输技术的传输效率随着发射设备与接收设备距离的变化而波动的问题,采用频率特性的新方法分析无线电能传输系统得到了对实际系统设计具有关键指导作用的结果,其中包括频率分裂特性和最大传输距离.利用频率分裂规律对不同距离的效率进行频率跟踪补偿可以提高系统传能效率.通过设计的相关的实验电路验证了频率分裂特性与系统最大传输距离(临界耦合点)理论分析的正确性,为提高无线电能传输功率和距离提供有效的参考.     

一种采用测量线圈技术的感应电能传输系统调频调谐方法研究

为解决谐振参数容差导致感应电能传输系统失谐现象,该文采用在原边线圈并绕测量线圈的技术,以原边回路电流与测量线圈电路电压进行矢量运算得到的两者相位差为反馈量,间接获得副边回路的谐振状态,通过控制逆变器的输出电压频率,使副边回路恢复谐振状态,增大副边回路中负载的电压增益和系统输出功率,达到提高系统的电能传输效率的目的。实验结果表明,所采用的方法能够有效使副边回路恢复谐振状态,增大副边回路中的负载电压和系统输出功率,提高系统的电能传输效率。相对于系统调频调谐前,在谐振参数容差导致副边回路呈感性的情况下,调频调谐后系统输出功率最大提升144.15W,传输效率最大提升1.21%;在谐振参数容差导致副边回路呈容性的情况下,调频调谐后系统输出功率最大提升245.49W,传输效率最大提升1.72%。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统最大功率效率点分析与实验验证

针对在磁耦合谐振式无线电能传输系统中频率偏移是否会对负载接收电能的最大功率和效率点产生影响的问题,综合考虑线圈谐振频率、耦合因数、电源和线圈内阻,利用互感耦合理论对电能传输系统进行建模分析,给出系统传输功率和效率的计算方法,得出了过耦合范围内随着频率分裂最大功率点和最大效率点的不一致性的结果。最后设计了基于磁耦合谐振技术的无线电能传输装置,实验结果与理论分析具有较好的一致性,证明了理论分析的正确性,也为进一步研究频率跟踪及其优化控制提供了有益的参考。     

静电除尘用大功率高压电源研制中的几个问题

本文研制的高压逆变电源采用串联谐振式全桥DC-AC逆变电路,以Hall电流传感器、电压比较器和CD4046锁相环对负载电流实现了频率跟踪,使逆变器工作在谐振状态,文中重点分析了相位补偿和启动问题。通过实验验证了该方案的可行性。     

基于DPLL的高频逆变电源建模与研究

采用基于DSP的数字锁相环(DPLL)对高频逆变电源输出频率进行实时控制,可实现逆变器工作频率对负载谐振频率的同步跟踪,确保逆变器开关器件工作在零电压零电流软开关(ZVZCS)状态,显著减小功率器件的开关损耗和提高装置效率。本文以负载串联谐振逆变电源为模型,针对负载参数变化引起的固有谐振频率变化,导致逆变器效率降低及开关器件应力增加的普遍现象,提出一种基于DPLL控制的逆变电源。结合锁相环的数学模型,讨论了DPLL控制的逆变电源的数学建模,在Simulink环境中该电源的构筑及串联谐振负载的模型,给出了相应的仿真波形和实用电源试验波形,为分析和设计逆变电源提供了必要的理论依据。     

串-串补偿松耦合全桥谐振变换器

对串.串补偿的松耦合谐振变换器进行了研究.在忽略谐波的条件下,根据正弦等效原理,推导出输入电压和输出电压的关系式,利用归一化的分析方法并借助Matlab仿真软件,计算得出工作频率、负载和耦合系数对输出电压的关系曲线.推导并计算出系统发生频率分叉现象时次级品质因数的临界值,得出重载时该变换器会发生频率分叉现象,并给出在某种情况下补偿电容和工作频率的合理选择.最后,基于实验样机进行了实验验证.     

静电除尘用大功率高压电源研制中的几个问题

本文采用了Hall电流传感器、电压比较器和CD4046锁相环对负载电流实现了频率跟踪，使逆变器工作在谐振状态，并着重分析了相位补偿和启动问题。通过实验验证了该方案的可行性。     

基于串联谐振的电子束焊机灯丝电源的研究

传统的电子束焊机阴极灯丝加热电源采用PWM硬开关逆变,存在着开关管损耗过大、发热严重的问题。为了减小开关管的损耗,利用串联谐振变换器在开关频率小于1/2谐振频率的情况下具有恒流线性输出和软开关的特性,研制了一台基于全桥串联谐振结构的PFM调制型灯丝电源样机。实验结果表明,该电源样机输出电流0~15 A可调,实现了开关管的零电流开启和准零电流/电压关断,提高了逆变器的效率。最后提出了一些解决灯丝电源灯丝断路时电压虚高的改进方案。     

不同频率和脉宽的方波激励下无线电能传输效果分析

磁谐振式无线电能传输技术是基于磁谐振耦合现象利用近区磁场进行非辐射性、中距离输电的新技术。许多结果采用正弦交变电流作为激励,计算耦合电压和传输功率。脉冲激励也可以产生交变磁场从而感生交变电流,此方式下的无线电能传输有其自身特点。文中分析了脉冲激励下的电路响应过程及谐振耦合机理,其耦合过程本质上也是正弦波的耦合。在同一输出电压的情况下,与正弦激励相比,用脉冲方波做激励,负载可以获得较大的传输功率。最后,通过实验比较了几种脉宽和频率不同的方波激励的传输效果。实验结果表明,可以使用低频脉冲信号控制高频谐振线圈,从而实现更为有效的无线电能传输。     

双LCL补偿ICPT系统双谐振点特性及最大输出功率研究

针对LCL型感应耦合电能传输(inductive coupled power transfer,ICPT)系统在全谐振状态且处于轻载工作模式时,逆变器输出电流波形畸变和稳态输出功率较小问题,推导分析双LCL补偿ICPT系统双谐振点特性,并基于该特性,提出一种在轻载时将系统频率切换至次谐振点的系统工作模式。在有效避免输出电流波形畸变的同时,实现了系统在变负载条件下的最大功率输出。论文首先分析单LCL网络特性,进而在双LCL补偿ICPT系统的基础上分析得到系统的两个谐振点,并且验证次谐振点可有效消除电流波形畸变的问题;接着,通过公式推导和软件仿真得到系统输出功率以及效率与负载和频率的关系;最后,通过仿真和实验,对双LCL补偿ICPT系统双谐振点工作特性、最大输出功率进行验证。     

基于模糊控制的超声理疗仪频率自动跟踪技术

针对超声理疗仪中压电超声换能器谐振频率漂移问题,提出了一种频率自动跟踪技术。该技术以模糊控制器为核心,通过比较计算超声换能器两端电压、电流信号的相位差,实时调整超声理疗仪DDS信号发生器的输出频率,保证超声换能器始终工作在谐振点上。测试表明,基于模糊控制的频率自动跟踪技术跟踪准确,超声理疗仪的工作效率得到了提高,输出超声强度可达3 W。