多负载转动的正交双发射MCR-WPT系统研究

目前,磁谐振式无线电能传输(Magnetic coupling resonance-wireless power transmission,MCR-WPT)的研究主要集中于静止状态下的双发射单负载和三发射单负载系统。本文对双发射多负载低速转动系统进行了研究,通过建立双发射多负载系统的理论模型,结合COMSOL软件进行仿真,并搭建接收端转动的二维全向磁谐振式无线电能传输实验平台,验证了正交发射线圈不同相位差、不同接收线圈数量及线圈相对位置改变对转动系统能量传输效率的影响。结果表明,当正交双发射线圈存在90°相位差时,系统在接收端线圈固定距离内能够维持稳定的磁场传输特性,随着负载线圈数量的增加,系统的总传输效率波动幅度有所改变,当负载为4个时波动最小。

基于多端口网络理论的多负载WPT系统效率最大化研究

针对多负载无线电能传输系统效率的最大化问题,采用多端口网络理论分析并将系统效率最大化下的最优负载值问题转为求解广义特征值问题。首先,搭建单输入多输出多负载无线电能传输系统模型,结合端口网络理论和广义瑞利商深入研究系统最佳负载和最大效率之间的关系。在系统参数确定的前提下,通过对系统负载值进行设计,可以实现系统达到最高效率运行的状态,并应用对偶原理将理论成果推广至多负载电容式无线电能传输系统中;其次,采用遗传算法对多负载无线电能传输系统效率进行寻优,确定最佳负载值的正确性和可行性;最后,搭建了基于S-S拓扑的电感式无线电能传输系统实验平台,将单输入两输出、单输入三输出、单输入两不同、单输入三不同输出负载系统作为样本,仿真和实验数据对比验证了所提方法的正确性及最佳负载的可行性。

多负载环境下微加速度计的可靠性建模与分析

针对多负载环境下微电子机械系统(MEMS)微加速度计易出现的敏感结构断裂及材料疲劳退化问题,提出了一种基于全概率理论的微加速度计可靠度预估模型。该模型结合齐次泊松过程和Wiener退化过程,分别表征单位时间内作用在微加速度计上的冲击载荷次数以及器件在振动负载下的疲劳退化过程,完成了微加速度计在广义极端冲击、广义δ-冲击和广义混合冲击条件下的可靠度建模。对比分析了三种模型预估的可靠度随时间的变化规律,分析得出,广义混合冲击模型的可靠度计算结果更具有指导意义。进一步对广义混合冲击模型进行参数敏感性分析,研究结果表明,冲击强度与冲击次数对微加速度计的可靠度具有显著影响。

低速转动多负载MCR-WPT系统研究

目前,磁耦合谐振式无线电能传输MCR-WPT(magnetic coupling resonance-wireless power transmission)的研究主要集中在单发射多负载静止和单发射单负载转动2种形式。通过对单发射低速转动多负载状态下的系统进行研究,建立单发射多负载系统并进行理论分析,使用COMSOL对静止状态下多负载接收线圈进行仿真,设置静止状态与旋转状态作对比实验,分析接收端转动对MCR-WPT系统传输效率的影响,探讨低速旋转状态下系统传输效率的变化规律。结果表明,在低速转动三负载时,系统能够保持稳定的功率输出,单个负载的传输效率可以达到23.260%,总传输效率达到69.768%,低速转动对传输效率影响较小。

多频多负载无线充电系统负载与互感辨识

多负载无线充电系统耦合线圈位置及受电设备阻抗变化,导致系统模型参数发生偏移,影响系统传输效率。此处提出一种多频多负载无线充电系统负载与互感辨识方法,根据不同频率下系统输入阻抗建立互感与负载关系的数学模型,然后以输出电压实际值与理论值误差作为适应度函数设计粒子群算法,实现负载与互感的参数辨识。辨识过程中引入滑窗离散傅里叶变换(SDFT)分离初级电路混频电流分量。实验结果表明,该方法能够准确辨识出互感与负载的大小,为设计高效能系统提供了理论支撑。

计及交叉耦合的多负载磁耦合无线电能传输系统特性分析

针对多负载磁谐振无线电能传输系统中接收线圈间交叉耦合对系统传输特性的影响问题,采用一种理论计算结合数值仿真的方法进行分析。首先利用等效电路模型推导出双负载工况下输出功率、传输效率的表达式;然后采用Maxwell仿真获得不同线圈布局下偏移距离与互感的关系;采用理论计算方法,讨论在不同偏移和负载下交叉耦合对系统传输特性的影响;最后搭建实验样机验证了理论结果。结果表明,多负载系统中通过合理的位置布局及负载阻抗参数设计,既可抑制交叉耦合的不利影响,也可利用其提升系统传输性能。

新型多负载变拓扑感应耦合电能传输系统

为解决传统多负载感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统存在的问题,提出一种新型多负载变拓扑感应耦合电能传输系统。该新型ICPT系统主要采用可变拓扑的高频逆变器,通过检测负载信息,系统可根据任一时刻供电负载的数量,自动改变逆变器工作结构,只让需要供电的负载所对应的原边线圈处于工作状态,从而基于"点对点"模式实现负载高效无线供电。仿真与实验验证了该新型多负载变拓扑感应耦合电能传输系统的可行性,对桌面多负载无线供电领域的设计与应用有着广泛的应用指导意义。

非接触供电系统多负载自适应技术

从功率传输的角度出发,分析了非接触供电系统中并联调谐拾取电路和串联调谐拾取电路对系统参数和系统功率传输容量的影响。提出采用固定频率控制和动态无功参数调谐相结合的方法,以保证系统的工作频率恒定,并使开关器件工作在软开关状态。最后对改进后的系统进行了仿真研究和实验验证。

基于LCL补偿的多负载移动式感应非接触电能传输系统

针对多负载移动式非接触感应电能传输(inductive contactless power transfer,ICPT)系统的设计与控制进行研究,分析LCL电路的输出特性和阻抗特性,当其电感之比等于1时,其谐振频率与负载无关,满足多负载ICPT的要求;介绍多负载移动式ICPT系统的结构,并建立其等效电路模型,通过对等效模型的分析,提出原副边独立控制的控制策略和补偿电路设计原则,补偿电路要能够实现谐振频率与负载无关,以实现负载可变;分析LCL补偿电路的设计方法,分析副边LCL补偿和串联补偿的区别,当副边品质因数小于1时,LCL补偿输出功率更大;建立多负载移动式ICPT系统的仿真和实验平台,对理论分析和设计方法进行验证。

多负载无线电能传输系统的稳定性分析

多负载感应式无线电能传输系统由于加入了谐振补偿拓扑,可能存在多谐振点,从而导致系统频率控制中的不稳定现象。为此,本文重点研究了多负载无线电能传输系统的稳定工作条件。本文利用互感耦合模型获得了多负载系统次级侧到初级侧的等效反映阻抗;为了保证最大功率传输能力,获得了初、次级系统谐振频率一致时的初级谐振电容值;最后,根据多负载系统初级侧存在唯一零相角谐振点的条件,得到了多负载系统的稳定条件:当所有初、次级绕组之间的耦合系数的平方和与次级系统品质因数满足稳定条件时,系统工作在稳定区域,仿真分析验证了理论的正确性。

多负载无线电能传输系统耦合机理特性分析

针对无线电能传输系统中存在一个电能发送端同时为多个负载端提供电能的实际需求问题,对多负载系统的功率、效率之间的互相转化机理及定量关系进行了研究。首先,定义广义失谐因子、广义耦合因子、初次级电阻比例因子和负载阻抗比例因子,据此建立多负载系统的理论模型,推导出电压增益、输出功率增益和传输效率的基本特性公式。其次,研究了广义失谐因子、广义耦合因数、初次级阻抗比例因子及负载阻抗比例因子对多负载系统电压增益、输出功率增益和传输效率影响的一般化规律。最后,设计开发了无线电能传输实验系统,验证了理论分析的正确性。研究结论为分析与设计多负载无线电能传输系统提供了一定的理论依据。

多负载谐振式无线能量传输系统特性分析

根据谐振式无线能量传输原理,建立了谐振式单线圈发射三线圈接收系统的电路模型,同时在三接收线圈采用对称结构的情况下,推导和研究了系统输入电流、负载电压、负载电流和传输效率与谐振频率、负载电阻、发射与接收线圈和接收与接收线圈间的互感等系统特性的关系,根据已知负载特性,通过Matlab仿真选取了系统工作频率、发射和接收线圈电感量最佳范围,并研究了发射接收线圈电感量、传输距离和负载变化对传输效率的影响,最后进行实验,结果与理论分析和仿真吻合。

多负载感应耦合电能双向传输的仿真

针对多负载感应耦合电能传输系统中由于单向传输特性所产生的电能回馈困难与系统传输效率低下的问题,提出一种多负载感应耦合电能双向传输模式,以实现能量发射端与接收端之间的能量双向传输。阐述在软开关工作状态下运行于能量注入模式和自由振荡模式双工作模式的多负载感应耦合电能双向传输原理,并提出基于谐振软开关的多负载高频电能双向变换拓扑。以状态空间法构建并分析系统数学模型,通过仿真实验,实验结果论证了本文所提的多负载能量双向传输模式的可行性。

多负载IPT系统效率分析与控制

针对感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统多负载条件下能量传输效率问题研究频率与效率的关系,并从系统能量流动的角度解释效率特性。为了验证最大传输效率结论的正确性,采用双工作模式切换的电流调节方法和离散准滑模控制策略来维持原边谐振电流(激磁电流)的恒定。基于系统能量平衡函数关系,建立关于激磁电流峰值包络的系统离散变结构模型,构建具有重置积分环节的切换函数来改善系统的稳态响应。实验结果表明,当工作频率偏离副边固有谐振频率时,系统效率最大,合理的积分增益可以使系统具有较好的控制性能,对于负载大范围变化具有较强的鲁棒性,如当负载完全拿开时,控制器经过时长约为5 ms的调节,激磁电流最终稳定在参考值,表现出较好的抗扰动性,且系统效率均保持90%以上。

多负载多线圈无线电能传输系统各路输出的恒压特性设计

在多负载多线圈无线电能传输系统中,非期望耦合线圈之间的磁场交叉耦合导致系统建模复杂以及各路负载恒压设计难以实现。为此,本文提出多层结构的隔离方案以实现非期望耦合线圈间的磁交叉去耦,基于此,给出多路负载无源恒压输出设计。在磁交叉去耦方案中,采用三层结构(铁氧体-铝-铁氧体)的隔离方案对同轴线圈的非期望耦合进行去耦,采用双层结构(铁氧体-铝)实现对非同轴线圈的磁交叉去耦。把所提的磁交叉去耦方案应用到一个三负载六线圈的级联式无线电能传输系统中,系统中非期望耦合线圈间的互感降低至小于原来的6%,而期望耦合线圈间的互感得到一定提升。进一步利用T参数矩阵法设计出无源补偿网络,实现各路负载恒压特性。最后实验结果表明,各路负载在10～100Ω的变化范围内负载的最大电压偏差不超过其设计值的9.3%。

基于π型补偿网络的多负载CPT系统稳定性仿真分析

CPT系统在多负载投切或负载变化等情况下会出现系统工作效率低、工作不稳定的情况。针对该问题,可以通过在初级回路加入附加电路,降低系统对负载参数变化的敏感性,从而提升系统的整体性能。从理论上分析了在CPT系统中加入π型补偿网络进行参数调整后系统的各方面性能改变情况。通过MATLAB/Simu-link进行仿真,对各个参数的改变情况进行了验证。

声源阻抗的多负载法规定

多负载法是测定声源阻抗的一种简便有效的方法。本文详细介绍了这种方法的原理；给出了相应的计算公式。同时，具体测定了几种声源的阻抗；初步讨论了影响声源阻抗的某些因素；实例分析了声源阻抗在抗性消声器插入损失理论估算中的影响。

一种分数阶多负载无线电能传输系统

多负载无线电能传输(MWPT)技术可以同时为多个设备进行安全智能供电,已经成为未来最有价值的科学技术。但传统多负载系统一般实现地是低频、近距离下的小功率电能传输,这大大降低了MWPT技术的普及。另一方面,当前无线电能传输(WPT)系统大都是基于整数阶元件,而大量研究表明分数阶WPT技术具有更大的优势。因此,此处提出一种分数阶MWPT系统。首先利用电路理论对分数阶多负载系统进行建模;接着分析了系统的频率、功率和效率特性;最后搭建一个1.018阶的实验样机,分数阶多负载系统的谐振频率降低了6.13 kHz、负载功率提高了6.49 W、输出同样功率下耦合系数减小0.049。实验结果证明了分数阶MWPT系统具有谐振频率低、输出功率高和传输距离远的特点。

多负载磁耦合谐振式无线电能传输特性分析与仿真

针对磁耦合谐振式无线电能传输中多负载的情况,在传统的四线圈单负载磁谐振耦合式无线电能传输系统结构上,研究了多负载情况下的负载传输特性。运用电路模型分析出传输系统线圈耦合系数和负载对输出电压、传输效率的影响。最后通过有限元软件建立3D模型对系统进行联合仿真,仿真结果验证了理论的正确性,结果证明了在多负载情况下,负载合理的选择对系统的输出电压、传输效率有很大的影响,且总有一个最佳负载使系统的传输效率最大。

多负载磁耦合谐振式无线电能传输特性研究

针对多负载磁耦合谐振式无线电能传输系统模块之间耦合性强,参数确定困难的问题,首先建立了系统电路模型,阐述了无线电能传输原理,分析了影响效率和功率的主要因素;然后,详细讨论径向距离和角度偏移对线圈之间互感的影响,进而推导出在同时存在轴向距离和径向距离的情况下,合适的角度偏移会增强线圈之间的互感;最后,通过建立非线性规划模型设立相关仿真实验,实验结果验证了理论的正确性。