自激推挽式磁耦合无线电能传输系统磁屏蔽特性分析

基于自激推挽式磁耦合无线电能传输系统,推导出带有磁屏蔽系统的传输效率表达式,分析了磁屏蔽对系统传输效率的影响机理。利用有限元仿真,研究了三种工况下磁屏蔽与耦合线圈轴向距离变化对耦合系数、谐振频率、线圈负载品质因数和等效电阻造成的影响,进而获得系统传输效率与磁屏蔽的关系。实验方面,基于研制的自激推挽式磁耦合无线电能传输装置,制作了PC95材质的平面型磁屏蔽结构,在传输间距10cm下完成了小功率无线输电实验。通过仿真与实验结果对比,磁屏蔽材料的引入将使磁场更为集中,通过同时影响自激推挽式磁耦合无线电能传输系统的耦合系数、谐振频率、线圈负载品质因数和等效电阻,导致系统传输效率变化,磁屏蔽越靠近发射端其影响将更为显著,只在接收端添加且距离1cm时可获得最大传输效率。     

基于磁耦合谐振的无线电能传输系统设计

基于磁耦合谐振的无线电能传输技术在众多传输技术中具有传输距离适中和效率较好的优点。阐述了磁耦合谐振式无线电能传输原理并建立等效互感理论模型进行参数分析,进一步基于不对称半桥和LC串联谐振电路拓扑分析了开关管占空比变化对输出功率的影响。设计了一种小功率无线电能传输系统,并通过仿真和实验,验证了理论分析和系统设计的正确性。     

无线电能传输磁耦合结构分析与优化

无线电能传输技术是运用电磁感应原理实现电功率从空气介质距离传递的一种新型能量传输技术。磁耦合结构作为其关键组件,因其固有的松耦合特性,导致它是无线电能传输系统实现高效、大容量、安全稳定地传输电功率的瓶颈。文中介绍了磁耦合结构的性能特点,对空间两平行位置的环形线圈磁耦合结构进行详细地分析并对当接收线圈半径固定为0.25m,提离高度固定为0.2m的环形线圈磁耦合结构进行了优化,包括发射线圈大小,发射侧和接收侧磁心大小、厚度和形状等结构参数的优化。     

磁耦合谐振式无线电能传输关键技术

随着电力电子技术的不断发展,无线电能传输成了当前电能传输领域的研究热点,它较好的解决了传统输电中存在的困难。无线电能传输(WPT)又称为无接触式电能传输(CPT),主要有磁场耦合式、电场耦合式、辐射式、超声波式等,可实现小功率到大功率,近距离到远距离的不同应用场合。磁场耦合式又可分为磁感应耦合式无线电能传输(MCI-WPT)和磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)两种。本文主要研究了磁耦合谐振式无线电能传输的关键技术,包括谐振线圈设计和系统控制技术。     

无线电能传输磁耦合系统损耗优化

在不含磁芯的无线电能传输WPT（wireless power transmission）系统中,由磁耦合系统引起的损耗是系统损耗的主要组成部分之一,而磁耦合系统的损耗由接收线圈、发射线圈的电阻以及流经收发线圈的电流所决定。结合串/串S/S（series/series）补偿拓扑无线电能传输的电路响应特性,分析磁耦合系统的线圈感量、线圈电阻与线圈匝数的关系,提出了根据发射、接收线圈电流工况调整收发线圈匝数的磁耦合系统线圈匝数组合优化设计方案。绕制3组不同匝数组合的收发线圈（含优化匝数组合及两组对照匝数组合线圈）用以验证优化方案的可行性。仿真及实验结果均表明：在相同工况下,优化组合方案的线圈总损耗均低于对照组,且整体样机的效率均高于对照组。     

磁耦合双模无线电能传输系统研究

磁耦合感应式无线电能传输(MCI-WPT)感应区域传输效率高,而磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)谐振区域传输效率高,为解决两者优势不可兼得的问题,提出磁耦合双模无线电能传输(MCB-WPT),引入转换开关组,实现磁耦合无线电能传输系统拓扑结构可控,使其可工作在MCI-WPT和MCR-WPT双模式下,在一定范围内,实现最佳能量传输。建模分析MCI-WPT与MCR-WPT传输效率与传输距离的关系;提出MCB-WPT方案,建立其传输效率模型,并给出MCB-WPT系统设计方法和控制策略。实验证明,MCB-WPT在感应区域和谐振区域均可获得较高传输效率。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统频率特性分析

基于串串模型,建立了无线电能传输系统的互感模型,通过电路分析得到电压增益的频率特性曲线。通过建立Matlab仿真模型,研究电压增益的频率分裂现象,分析在过励磁、临界励磁、欠励磁3种状态下传输效率的变化情况,得到无线电能传输系统有效传输距离的定义,在该距离内,传输效率衰减不明显。设计制作了无线充电平台,测量3种励磁状态下的电压增益频率特性曲线,验证了互感模型及有效传输距离的正确性。     

多耦合线圈的磁耦合谐振无线电能传输系统

基于耦合电感理论建立了4线圈磁耦合谐振无线电能传输(MCR-WRT)系统的电路模型,根据该模型推导出耦合系数、能量传输距离和能量传输效率之间的数学关系。针对4线圈MCR-WRT系统能量传输效率随传输距离变化而变化的现象,提出利用开关切换不同半径谐振器耦合线圈来匹配不同传输距离的方法。为验证该方法的有效性,进行了电磁仿真、电路仿真和实验分析。结果表明,采用这种方法有效地提高了系统在不同传输距离下的能量传输效率。     

基于E类逆变磁耦合无线电能高效率传输设计

针对无线电能传输(WPT)系统效率低的问题,提出了一种基于E类双管逆变器和FPGA频率跟踪控制的磁耦合谐振式WPT(MCR-WPT)系统。设计了双E类高频逆变电路,推导出带有E类逆变MCR-WPT系统传输效率的表达式。利用Multisim进行了电路仿真和分析,研究了线圈位置和半径对耦合系数的影响,得出了耦合系数、传输距离和有无频率跟踪对传输效率的影响曲线。研制了小功率WPT装置,在传输距离为8 cm左右时,获得最大传输功率为98,效率为84%。实验结果证明了理论分析的正确性。     

宽频磁耦合谐振式无线电能传输系统特性分析

首先建立电路模型,结合互感计算,对磁耦合谐振式无线电能传输特性进行建模和仿真分析,研究发射线圈和接收线圈电感值的选择对系统传输特性的影响,建立传输距离、谐振频率与负载功率、传输效率等传输特性的关系,为发射和接收谐振回路的参数设计提供详尽的理论依据;其次分析宽频E类功率放大器特性,为电路在宽频带工作状态下保持较高的系统效率提供了解决方案;最后通过实验分析,对理论推导和仿真结果进行验证。     

水下磁耦合式无线电能传输系统建模与分析

针对水下无线电能传输系统的数据采集与信息处理开展了系统研究。对于水下的无线电能传输系统,考虑到了复杂多变的水下环境对电能和信息传输产生一定程度的影响。海洋环境会受到温度、压力等一些环境因素的扰动,因此水下电能传输的介质具有不确定性,会对电能发送端和电能接收端的电磁场耦合产生影响,影响到水下无线电能传输的稳定性,导致海水中的无线电能传输系统的传输功率和传输效率发生改变。为此需要对水下的海洋环境信息进行实时采集,并分析对水下无线电能传输系统的电路参数和传输效率产生的影响。搭建了基于多种传感器的信息搜集与处理系统从而实现实时海洋数据采集,有效解决了水下数据的获取问题,提高了数据采集和数据处理效率。研究了海水的相对磁导率、电导率以及相对介电常数等系统信息和能量传输的影响规律,重点分析了温度和压力对无线电能传输的影响。     

磁耦合谐振式无线电能传输功率与效率分析

通过电磁仿真得到了螺旋线圈在终端开路和终端短路两种不同馈电方式下相应的等效电路,基于螺旋线圈等效电路,运用等效电路理论,建立了螺旋线圈终端短路串电容两线圈结构模型。利用系统的等效电路,得到了系统输出功率和传输效率的数学表达式,并进一步分析了当系统谐振时,系统的输出功率及传输效率与互感系数、线圈分布电容、线圈内阻和负载电阻等参数之间的关系,从而给出了系统的参数优化方法,得到了最大功率输出时的最优互感值及传输效率随互感值变化而变化的趋势。设计制作了一套基于螺旋线圈终端短路串电容模型的磁耦合谐振式无线电能传输系统,通过实验验证了上述分析的正确性。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统谐振方式分析

磁耦合谐振式无线电能传输系统在实际设计中具有传输效率高,结构简单,实用性强等特点。从等效电路的角度研究了单发射-单接收谐振模式中串联-串联式、串联-并联式、并联-串联式和并联-并联式4种谐振模型下系统传输效率。经过数值仿真,得出了每种谐振模型下系统传输效率和输出功率与系统振荡频率、传输距离及带负载能力之间的变化关系,发现每种谐振模型各有其适用工况,总结出了在设计中如何根据实际情况选择适当的谐振方式来达到最佳的传输效果:当所设计的系统供电对象为小负载且仅需较小的传输距离时,采用串联-串联谐振模型能够达到较好的传输效果;当需要具有较远的传输距离和较强的带负载能力时,应采用串联-并联谐振模型;当无法实现较高的系统谐振频率时,应采用并联-并联谐振模型。最后根据4种谐振模型,实际设计制作了4套磁耦合谐振式无线电能传输系统,验证了上述分析的正确性。     

磁耦合谐振式无线电能传输方向性分析与验证

针对在磁耦合谐振式无线电能传输系统中角度偏转是否会对接收电能产生影响的问题,首先利用空间两空心线圈的互感耦合理论和等效电路分析无线电能传输系统的频率特性,得到归一化电压的频率响应曲线和电能无线传输的必要条件。然后根据空间任意放置的空心线圈的耦合系数与方向的关系分析方向改变对耦合因数的影响,提出系统在过耦合、临界耦合和欠耦合三种状态下的方向特性。最后,设计了实验电路并进行了相关的实验研究,实验结果与理论分析具有较好的一致性,验证了无线电能传输系统中方向性的问题。本文关于方向性的分析为移动设备的无线电能传输系统设计和参数优化提供有益的参考。     

磁耦合谐振式无线电能传输的关键技术研究

介绍无线电能传输的分类,从阻抗匹配、频率跟踪、高频逆变器设计、谐振线圈设计等方面论述了磁耦合谐振式无线电能传输的关键技术。同时分析了电路理论建模、耦合理论建模、二端口网络建模等建模方法,并对磁耦合谐振式无线电能传输的发展趋势进行了展望。     

磁耦合谐振无线电能传输系统的输出鲁棒控制

磁耦合谐振无线电能传输系统的负载和谐振参数会因为受到外界环境的影响而发生变化,系统工作频率发生随机漂移,导致模型参数存在不确定性。针对参数不确定下的输出鲁棒控制问题,基于H∞控制理论,应用matlab鲁棒控制工具箱设计H∞控制器,并利用结构奇异值法分析了闭环系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能。结果表明,在H∞控制器的作用下,实现了闭环摄动系统的输出鲁棒控制。并为这种高阶非线性不确定闭环摄动系统提供一种通用的控制器设计方法。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统传输损耗的研究

相比于传统的有线充电,无线充电是一种更加方便和可靠的充电方式,在电动汽车、生物医学等领域具有较为广泛的应用前景。然而传输效率的低下却限制了无线电能传输技术的进一步推广。磁耦合谐振式做为一种最主要的无线电能传输技术,其主要由高频电源,补偿结构,磁耦合结构以及整流滤波四部分构成。目前磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率分析时大多仅考虑磁耦合结构的损耗,对系统中高频电源以及整流滤波的损耗考虑欠少。文章在预定效率以及恒功率条件下计算磁耦合谐振式无线电能传输系统中各部分损耗与互感之间的关系,寻求满足系统要求的互感值。最后设计了一套传输功率为1000W,传输效率为85%的磁耦合谐振式无线电能传输系统,实验结果表明文中的损耗计算方法具有较高的准确性。本文研究结果为无线充电系统分析及性能改善起到积极推动作用。     

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.