基于LCL谐振变换器的电磁感应式非接触电能传输系统动态调压控制方法

为了解决电磁感应式非接触电能传输(ICPT)系统输出电压的可控动态调节问题,提出一种基于LCL谐振变换器的动态调压控制方法。发射端采用具有恒流输出特性的LCL谐振结构,使得流过发射端耦合线圈的电流呈现恒流特性。在接收端LCL谐振变换器输出侧并联一个用于调节电能输出的可控开关管,通过控制开关管的开关状态,实现电能的可控输出。当开关管关断时,接收端LCL谐振变换器输出电能给负载,输出电压上升;当开关管开通时,负载侧电能输出被切断,输出电压下降。通过检测输出电压,对可控开关管进行负反馈控制,可以动态调节电能输出功率,实现输出电压的动态调节。该方法只调节接收端,无需使用无线信道与发射端通信,电路结构及控制方法较为简单、易于实现,且适用于一个发射端对多个接收端无线供电。最后,搭建了2k W ICPT系统原理样机。通过实验验证了所提方法的可行性和正确性。     

电动汽车无线充电混合补偿拓扑电路分析

无线电能传输补偿方式直接影响输出电流、电压的增益特性,提出一种混合补偿拓扑电路,解决负载动态变化时输出电流、电压不稳定的问题,可应用于电动汽车恒流恒压无线充电电路。对拓扑电路原副边线圈建立等效松耦合变压器T模型,分析得出等效负载动态变化时可以实现恒流恒压输出的特性。构建仿真模型和试验台架,仿真验证电路分析的正确性。实验验证了在串/并补偿拓扑下副边稳流输出且原边逆变电流滞后电压,在串/串并补偿拓扑下副边稳压输出且原边逆变电流与电压同相。     

基于全桥/半桥切换的IPT系统效率优化研究

此处提出了一种基于全桥/半桥切换的串串(SS)补偿感应式无线供电(IPT)系统,在保障负载功率需求的同时,通过切换逆变器的工作模式,即可改变接收线圈中的电流大小,从而减少轻载条件下系统变流器开关损耗及线圈损耗,提升系统能量传输效率.针对两种逆变器工作模式下的IPT系统进行数学建模与分析,通过控制接收端有源整流器的移相角及交流电压电流相角差,在维持系统输出电压稳定的同时实现系统变流器零电压开关(ZVS)操作.     

具备恒压特性的SP/S感应式无线电能传输系统

在感应式无线电能传输系统的实际应用中,通常需要系统输出电压保持恒定。采用一种基于串并/串(SP/S)谐振补偿的感应式无线电能传输系统拓扑结构,当系统发射端和接收端的相对位置确定并采用定频控制时,该结构在全负载范围内具备接收端输出恒压特性。同时分析了随着横向偏移的变化,系统输出恒压增益的变化特性。最后,设计了一个6.6 k W、20 k Hz定频控制的感应式无线电能传输实验系统,验证了所采用的SP/S谐振补偿拓扑结构的可行性和有效性。     

高压电缆感应式取电电源分析及设计

通过建立高压电缆感应取电的精确工作模型,推导了取电线圈输出功率与输出电压、负载阻值、磁芯参数及线圈匝数的关系,并提出取电线圈的设计方法。设计了一种两级稳压电路,第1级采用滞环控制的Boost电路预稳压,输出较高的电压以获取大的输出功率,并有效防止磁芯饱和;第2级采用Buck电路获得所需的供电电压。最后,为验证理论推导的正确性,设计了一个取电稳压电路,在电缆电流为0.2-1 kA范围内,该取电电路可稳定输出15 V/18 W的直流电。     

一种用于非接触供电车灯的无线反馈稳压电路设计

为了在引擎盖、后备箱盖等灵活旋转的部件上装设车灯,设计出了用于非接触供电车灯的无线反馈稳压电路。主电路包括非接触供电原边电路和副边电路两部分,为了适应车载蓄电池的电压波动和不同功率的灯具对输出电压的影响,采用无线反馈稳压。无线反馈稳压电路对负载电压和电流取样并反馈,由单片机(ATmega16L)自动调节PWM输出的占空比,控制非接触供电原边电路的功率开关管,改变原边电路的输出功率,达到稳定负载电压的目的。经测试实验与仿真结果一致。     

独立运行无刷双馈发电系统负载侧变换器暂态无功电流补偿

独立运行的无刷双馈发电系统在突加阻感性负载时,定子功率绕组输出电压产生的瞬时电压跌落过大不能满足供电质量的要求,该文通过负载侧变换器补偿负载无功电流以减小瞬时电压跌落幅值并使之快速恢复。文中分析了突加阻感性负载无功电流和发电机输出端电压的瞬态特性,指出补偿暂态无功电流分量会加重端电压的暂态不平衡,提出了暂态过程只补偿稳态无功电流分量的补偿策略,并采用改进的无功电流检测算法以及滑动均值滤波器提高了检测无功电流稳态分量的快速性。实验结果验证了补偿策略的有效性。     

基于倍流整流&半桥逆变的感应式无线供电系统

针对感应式无线供电(IPT)系统线圈损耗较大的问题,提出了一种基于倍流整流&半桥逆变(CRHI)和双边LCC补偿网络的电路结构,在保障系统输出电流增益的同时,对线圈中的电流大小进行优化并提升了系统能量传输效率.为进一步降低线圈损耗,针对系统线圈损耗模型进行分析,通过调节接收端的Buck-Boost变流器占空比和发射端的...     

基于CLLC-CL补偿拓扑的电场式移动供电系统研究

为了实现高速磁悬浮列车完全非接触运行,避免受流轨磨损、噪声等问题,同时尽可能减小能量接收端元件重量和空间,该文针对磁悬浮列车提出一种基于CLLC-CL补偿拓扑的电场式无线供电(capacitivepowertransfer,CPT)系统。相较于已有的补偿拓扑,提出的补偿拓扑可有效减小接收端的元件数量和占用空间。根据磁悬浮列车的结构,采用两块发射极板在中间,两块接收极板在两侧的侧面安装方式,基于CLLC-CL补偿拓扑,搭建一个缩小的移动供电模型,其传输距离为35mm、耦合电容为13.35pF。该系统在工作频率1MHz,输入电压350V、负载为150W时,可输出1.41kW功率的能量,直流-直流效率达到91.67%。实验表明,基于这种耦合机构所设计的CPT移动供电系统具有较好的传输能力,且具有较好的稳定性。     

基于CT的交流电源及其控制策略研究

针对目前高压线路在线监测装置供电难的问题,文中基于电流互感器的电流-电压变换原理建立了一种可为变负载供电的交流电源模型。采用一个三绕组电流互感器,通过电力电子设备来控制第三辅助绕组的状态。当辅助绕组短路时,铁芯饱和使得负载绕组输出电压为零;当辅助绕组开路时,负载绕组输出电压恢复,从而对负载绕组输出电压起到幅值调制的作用。设计了稳压反馈控制电路与基于多项式最小二乘曲线拟合函数法的稳压控制器算法,解决了在一次侧电流和所带负荷发生变化时,输出电压不稳定的问题,使负载及电流在一定范围内变化时输出电压能保持稳定。通过MATLAB/Simulink仿真平台验证了在可变负载情况下,所提出的基于CT交流电源有着良好的稳态和暂态输出特性,并对一次侧线路产生的影响可忽略不计。     

无接触电能传输系统的补偿及性能分析

运用松耦合变压器互感电路模型,推导出无接触电能传输系统原、副边分离的等效电路.选取合适的副边补偿电容,以增强系统的功率传输能力;选取合适的原边补偿电容,以降低对系统电源容量的需求.研究表明:当原边电流恒定时,在副边串联补偿,则负载所获取功率与负载大小成反比;在副边并联补偿,则负载获取功率与负载大小成正比.当原边电压恒定时,在原边并联补偿方式下,等效负载所获取的功率随负载的增加先升高后降低,针对不同的副边补偿方式,等效负载分别在相应的负载点取得最大传输功率.Pspice仿真结果验证了上述结论的正确性.     

基于LCC的磁谐振无线电能传输发射端补偿技术

为实现磁耦合谐振式无线电能传输系统最大化功率传输,提升整机效率,提出了一种基于LCC三阶补偿网络结构的保持发射端线圈电流恒定的方法,此方法不受接收端反射阻抗影响,实现了电磁感应式无线电能传输(ICPT)系统发射端与接收端解耦设计。同时,提出了LCC补偿网络的数学模型及其参数设计方法。在不增加元件的情况下,采用LCC网络的输入基波电流补偿LCC网络的输入高次谐波电流的方法,在功率管关断瞬间,降低通过功率管的电流瞬时值,实现了高频逆变器的零电流关断,减小了功率管的开关损耗和开关应力,提高了ICPT系统的整体效率。最后,对所提方法进行了仿真分析和实验验证。仿真和实验结果验证了所提模型和参数设计方法的正确性和可行性。     

LC移相补偿在无线传能系统性能提升中的应用

为提高无线电能传输系统中电能传递的功率和传递的效率,文中对LC谐振式无线传能电路中采用移相控制技术后的能量传输情况做了研究。简单介绍了LC移相补偿的原理,在Simulink平台下仿真了移相控制下发射端和接收端之间的耦合磁场随移相角的变化情况,并通过实验测量了不同移相角下的电压、电流参数。由仿真和实验结果可知当在区间0-π⁄2时,增加移相角度,接收端功率增加;当移相角度为π⁄2时,接收端功率达到最大,在区间π⁄2-π时,增加移相角度,接收端功率减小;当移相角度为π时,接收端功率降为最低。综上可知移相控制在无线传能系统中可以提升其传输功率。     

基于耦合系数估计的电动汽车无线电能传输最大效率跟踪

电动汽车行驶(EV)过程中可通过无线电能传输(WPT)提高续驶里程,而车辆轴荷的改变或者路面状况引起的悬架振动会改变发射线圈和接收线圈之间的耦合系数,导致WPT系统远离最大效率传输点。为了解决WPT系统效率随着耦合系数的波动而偏离极值点的问题,以串串(SS)型拓扑为研究对象推导出耦合系数实时估计方程,在此基础上提出了一种新的最大效率跟踪控制方法,利用PI控制调节接收侧直流电流,从而使得WPT系统在耦合系数变化时也可以维持最大效率状态。仿真和实验结果表明了该方法的有效性。     

新型恒定一次侧电流无接触电能传输系统的建模与优化

提出一种新型无接触式感应耦合电能传输系统(inductively coupled power transfer,ICPT),系统一次侧线圈与电感/电容/电容所组成的谐振槽谐振、二次侧线圈与补偿电容并联谐振。利用互感理论,分别建立相互分离的原边等效电路模型和负载等效电路模型,采用正弦交流分析法对其等效电路模型进行分析,获得谐振槽电容及电感元件的参数计算公式,导出系统向负载传输功率及输出电压的计算表达式,并对谐振槽元件参数进行优化设计, 以便减小装置体积, 降低成本。额定频率下系统一次侧线圈电流保持恒定而与负载大小无关,保证电能由电源向负载的稳定传输。同时谐振槽输入电流随负载的减小而减小,提高系统的部分负载能效值。PSpice仿真实验验证该系统的上述优点。     

Power Flow Control of a Power Conversion Circuit for Contactless Power Transformer Systems with Coil Misalignment

The coupling coefficient between the coils of a noncontact power supply system is reduced by coil misalignment. This reduces the output voltage and the active power in the coils. To cope with these problems, an instantaneous current control method is applied to a single‐phase contactless power transformer system in order to apply the equivalent impedance of the PWM rectifier at the load side of the transformer. We propose a control method to supply power constantly to the load even when there is a misalignment in the receiving coils. The limit of the transferred power associated with the proposed control method is investigated. The proposed system, including the control method, is verified by experimental tests over a power range of several tens of watts.     

Buck变换器的全扰动观测补偿策略

无人驾驶船舶的服务器供电变换器在重载下容易引起输入滤波器谐振.分析了Buck变换器动态能量回馈引起谐振的作用机理,提出了一种基于全扰动观测补偿的电压振荡抑制策略.根据Buck变换器的输出电压、电感电流和占空比计算输入电压和负载电流的扰动量,并通过带通滤波器前馈到电流环中,改变Buck变换器在谐振频率附近的输入输出阻抗....     

电压型CPT系统输出品质与频率稳定性分析

针对CPT系统能量传输能力与输出品质会随频率漂移产生较大波动的特点,在对电压型CPT系统工作原理的分析基础上,根据系统原副边的耦合关系建立系统的阻抗模型,分别总结在谐振条件下系统的输出特性和在失谐条件下系统的拾取端阻抗随频率变化的规律,提出较小的拾取端线圈电感值有益于电压型CPT系统的频率稳定;发现并证明了SP型CPT系统的拾取端至少存在两个谐振频率点和一个负载突变频率点,并给出了拾取端电感的取值范围,对系统的参数设计具有指导意义.最后以SP型CPT系统为实验平台验证了理论分析的正确性.     

非接触电能传输系统原副边补偿拓扑的研究

基于非接触电动汽车充电器的设计项目,针对非接触电能传输系统效率以及传输功率受到原副边补偿方式,以及补偿参数影响较大的问题,对非接触电能传输系统的结构特性进行分析,并且得出其参数的计算方法。重点比较电压型感应耦合传输系统的不同补偿拓扑结构以及补偿参数对于传输性能的影响曲线,从而可根据不同负载的种类以及大小选择不同的补偿结构与参数,为实际电路设计提供重要参考。     

动态载荷下WPT系统的特性分析与实验研究

针对无线电能传输系统中普通存在的载荷动态变化的问题,提出了一种LCC-S补偿网络结构.建立了系统的互感模型,推导了发射端、接收端的动态性能特性,分析了动态载荷工况下,系统的发射端电流、相位角、谐振频率、输出功率的效率的变化趋势.最后,搭建实验平台,采用可变电阻负载和电机负载,测试了电阻的不同阻值和电机的不同转速时的系统特性,验证了理论分析的正确性.在传输距离为5 cm且负载电阻为10 Ω～50 Ω时,实现2.3 A的发射端恒流输出.当负载电阻为30 Ω时,系统效率和传输功率分别为83.4％和16.8 W.