单向单线电能传输系统的电磁安全性

为解决单向单线电能传输系统的电磁安全性问题,首先搭建了单向单线电能传输系统和含有重要器官的人体模型;其次根据国内电磁场限值标准仿真研究了系统周围电磁场强度的限值范围,并探究了系统不同位置处的电磁场对体内重要器官的电场强度、磁场强度、电流密度和比吸收率(SAR值)最大值的影响程度;最后通过三维电磁场测量装置探测了单向单线电能传输实验系统周围的电磁场分布,得出了系统的限值距离,并与仿真限值距离进行了对比分析。结果表明:发射端和接收端的电磁场强度高于单导线周围的电磁场强度,右肾在发射端、接收端、单线处的的磁场强度分别为0.86、0.81和0.18 A/m;发射端和接收端对体内重要器官的影响程度明显大于单导线。实验与仿真所得的电磁场强度限值距离具有良好的一致性,证明了系统电磁安全性研究的正确性。

感应电能传输系统多并联拾取模块电流和输出功率均衡方法

大功率感应电能传输系统通常采用多并联拾取模块结构。然而,多并联拾取模块参数不一致,会导致各个拾取模块的电流和输出功率不均衡,从而降低系统效率,严重时会因模块过流而造成系统故障。为解决该问题,文中提出一种基于并联拾取模块补偿电容器的多并联拾取模块电流和输出功率均衡方法。首先,介绍了传统感应电能传输系统与所提出的感应电能传输系统拓扑的特性。然后,分别分析了互感、拾取线圈自感及内阻对电流分布和系统效率的影响。最后,通过4个并联拾取模块的感应电能传输系统实验平台验证了所提方法的有效性。实验结果表明,采用所提方法时多并联拾取模块的电流和输出功率基本一致,并且相比传统感应电能传输系统,系统效率最高提升了2.21%。

基于钳位电路的LCC-S补偿型感应电能传输系统抗偏移方法

在感应电能传输(IPT)系统中,线圈错位难以避免,造成的耦合变化会导致系统的传输功率不稳定。为了保证IPT系统的供电灵活性,系统需具有容忍线圈宽范围偏移的能力。为此,该文借鉴模态切换的思想,提出一种基于钳位电路的LCC-S补偿型IPT系统,用于增强系统抗偏移性。与传统多模态切换的IPT系统相比,该系统中的钳位电路可根据耦合变化自适应地导通或关断,以调节工作模态,从而实现近乎恒定的功率输出,该方法无需耦合识别、输出检测及反馈通信等辅助手段。该文对系统不同工作模态的功率传输特性进行了推导和分析,并结合系统设计相关约束条件,提供一套参数化设计方法。最后设计并搭建一套500 W的实验装置,验证了理论分析的正确性与可行性。实验结果表明,该方法在耦合度为0.205~0.42的情况下,输出功率稳定在470~505 W之间,效率为83.29%~90.21%。

基于集电线圈复用的电动磁浮列车感应式电能传输技术研究

为实现电动磁浮列车低速运行阶段无接触辅助供电,同时尽可能减轻耦合机构重量,并保障供电系统平稳输出,该文设计了一种利用磁浮系统原有线圈作为耦合机构的感应式电能传输(IPT)系统,通过线圈与电路结构重构,以列车低速运行阶段空置的悬浮线圈与集电线圈作为能量传输通道。由于不需额外安装能量传输线圈,所提出的IPT系统对磁浮列车自重影响小,且耦合机构在移动过程中具有互感恒定的特性,结合LCC-S谐振补偿电路,IPT系统在列车移动过程中与负载变化过程中均能保持稳压输出。为验证所提方案的可行性和有效性,搭建了1 kW的原理样机,在移动供电过程中,IPT系统输出电压波动仅1.51%,输出功率在300~1000 W范围变化时,输出电压波动为4.42%,系统整体效率为83.75%~86.61%。

基于平面微型线圈的单线电能传输系统研究

研究了由两个平面特斯拉线圈构成的微型单线电能传输(SWPT)系统,在Comsol软件中对该系统进行建模和参数设定,通过仿真实验,确定了平面特斯拉线圈在SWPT方向的可实现性。重点研究了SWPT系统在不同传输距离、不同传输频率情况下对传输效率的影响。并对SWPT系统模型各参数进行调整,通过改变模型初级和次级匝数,对系统传输效率进行分析。此处通过仿真实验,确定了SWPT系统最大传输效率下的各项系统参数,并通过实物实验验证了系统性能。

基于多目标优化理论的耦合无关恒压输出型LCC/S补偿感应电能传输系统

基于传统完全谐振参数设计方法的感应电能传输(IPT)系统只有在发射线圈和接收线圈完全耦合时才能表现出最佳性能。实际的IPT系统多为变耦合系统,耦合系数变化可能导致输出电压大范围波动和效率降低等问题。该文提出一种基于多目标优化理论的补偿拓扑参数设计方法,在耦合系数和负载变化的情况下仍然可以获得相对恒定的输出电压且能够高效运行。首先,利用基波近似分析法建立LCC/S补偿IPT系统的系统方程。其次,以补偿参数为优化变量,以减小输出电压波动、提升系统效率为优化目标,以电感最大通过电流、电容最大承受电压和零电压开关为约束条件建立多目标优化模型。然后,利用多目标粒子群优化(MOPSO)算法求解所建立的多目标优化模型,并得到Pareto最优解集。最后,根据实际需要,从Pareto最优解集中选择合适的补偿方案,并进行仿真分析和实验验证。实验结果表明,优化方案的电压波动率(VFR)约为传统方案的45%,且优化方案的最低传输效率(87.5%)仍大于传统方案的最高传输效率(86.3%)。该方法可用于优化满足耦合和负载无关恒定输出、高效率、零电压开关等特性的补偿拓扑。

水下单线电能传输机理分析及实验研究

为了实现缆系水下感知平台挂载传感器的低成本、非接触全天候供电,提出了一种以系泊缆和开放海水构成电能传输链路的水下单线电能传输系统。首先从电磁波在系泊缆和海水中的传播机理进行了分析,建立了麦克斯韦方程组并通过分析得到了电磁波束缚在系泊缆表面传播的结论;然后使用Ansys/HFSS软件建立了系泊缆在海水中的模型,仿真得到了电磁场分布情况以及坡印廷矢量分布情况,验证了理论分析的正确性;最后搭建了50 m单线电能传输实验样机,在海水中进行了电能传输实验。实验结果表明,提出的水下单线电能传输系统最高可以实现187 W的电能传输,系统最大效率可达49.2%,证明水下单线电能传输系统具有为缆系水下感知平台挂载传感器非接触供电的可行性。

具有抗偏移恒压输出特性的复合式双频感应电能传输系统研究

感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统的线圈偏移难以避免,导致系统输出电压平稳性下降。由于全桥逆变器产生方波电压,使谐波难以完全消除。为利用谐波提升系统抗偏移能力,该文设计一种基于基波-谐波并行传输的复合式双频IPT系统,耦合机构接收端选取双极性结构线圈以消除副边线圈间的交叉耦合,结合系统参数设计方法使系统在耦合机构发生偏移的情况下实现自适应恒定电压输出,该系统耦合机构采用单发射双接收结构,较传统基波-谐波并行IPT系统采用双发射双接收的结构所用线材更少,且无需复杂反馈控制。最后,搭建一个200W原理样机验证所提方法正确性和有效性,耦合机构横向偏移33%,同时负载在24~40Φ变化时,系统输出电压波动始终保持在5%以内。

无线充电道路电能传输与设施部署方法综述

为总结国内外无线充电道路技术进展,对比分析电磁谐振式、电容式和辐射式等电能传输方法的优缺点,重点分析提高电磁谐振式工作性能的方法,并结合城市出租车、城市公交系统和公路交通系统的充电需求阐释道路无线充电设施部署方法。分析表明:当前无线充电效率相对偏低,需进一步提高充电效率,但其影响因素众多,需进一步加强对电容式和辐射式功率传输的研究及三种方式之间的经济效益对比,并考虑将无线充电道路设施的部署优化模型进行试点运行和测试,从而更快推进出租车、城市公交系统以及公路交通系统无线充电的应用化。

磁耦合谐振式无线电能传输技术新进展

近些年,无线电能传输技术受到了越来越广泛的关注。作为一种中等距离无线电能传输技术,自从美国麻省理工学院于2007年发表其研究成果后,磁耦合谐振式无线电能传输技术就成为了研究热点问题。该文在对无线电能传输技术进行总体介绍的基础上,主要对磁耦合谐振式无线电能传输技术进行概括论述。首先分析了磁耦合谐振式无线电能传输技术的基本结构和工作原理,介绍了目前运用于分析该技术的主要理论;接着对该技术目前的传输水平和热点问题进行了分类阐释,主要分为传输特性、新材料的应用、干扰问题和实际应用,介绍了目前的研究现状;最后在当前研究热点问题的基础之上,对该技术有待研究的问题以及发展趋势进行了展望。

电磁感应式非接触电能传输技术研究综述

非接触电能传输(CPT)技术可以使电气设备摆脱导线的束缚,极大地扩展电气设备的活动范围,提升特殊环境下供电的安全性能。针对目前CPT技术中应用较为广泛的电磁感应式非接触电能传输(ICPT)技术,首先论述了该技术的发展历程;然后以坡印廷矢量为理论基础,探讨了非接触供电技术的实现原理。将现有的CPT技术按实现原理进行了分类,将磁共振式非接触电能传输技术归入ICPT技术分类;系统性地分析了ICPT技术的主要技术难点,指出耦合器耦合系数低是ICPT技术的主要技术问题,其他问题是在该问题无法解决时采用其他技术弥补而产生的。最后,论述了ICPT系统的主要关键技术及现有解决方案。

基于改进型蚁群算法的无线电能传输网组网

以无线电能传输方式实现空间上任意分布的多负载实时电能供给时,电能传输空间尺度受限和电能传输效率低下.为此,文中提出一种无线电能传输网架构.在分析其拓扑结构的基础上,构建了组网的数学模型,以达成在确保电能传输效率的同时通过中继的方式实现一定尺度范围内的无线电能传输.建立了磁共振耦合电能传输的系统模型,并讨论系统的传输效率特性.在组网方法上,从信息素动态更新机制方面对蚁群算法进行改进,以抑制算法早熟收敛,保证对可行域进行迅速而全面的搜索.通过仿真试验,验证了改进型蚁群算法在组建无线电能传输网的可行性.

用于磁感应耦合式电能传输系统的新型补偿网络

对于恒压输入输出型的磁感应耦合式电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统,其补偿网络是系统的重要组成部分。针对现有补偿网络存在的系统电压增益会随负载值变化而变化的缺点,提出并设计一种新型的补偿网络。该新型的补偿网络可使得系统的电压增益仅与松耦合变压器的耦合系数成正比,而与负载值无关。通过分析及实验证明,该补偿网络不仅具有单位功率因数输入的特性及较高的效率,且其系统电压增益与负载值大小无关。此外,还对其工作频率的鲁棒性进行详细的分析。

新型无接触感应耦合电能传输技术研究综述

阐述了无接触感应耦合电能传输技术的工作原理,给出了感应耦合电能传输技术的基本定义.对松耦合变压器的典型物理结构进行了分析与比较,对无接触感应耦合电能传输系统主电路拓扑结构进行了深入研究,得出了系统在不同结构下的等效电路,推导了不同漏感补偿拓扑下的补偿参数.分析了无接触感应耦合电能传输系统中高频逆变器结构及性能,并对系统的功率传输及控制情况进行了分析.结合目前无接触感应耦合电能传输技术的研究现状与不足,探讨了无接触感应耦合电能传输技术的发展趋势与研究方向.

电动汽车磁场与电场混合耦合型无线电能传输技术综述

磁场与电场混合耦合无线电能传输技术是一种结合电场耦合以及磁场耦合实现无线电能传输的技术,具有空间结构紧凑和抗偏移能力强等优点,能够弥补传统电动汽车无线充电系统抗偏移性能差和功率密度低的缺点。首先以磁场耦合式与电场耦合式无线电能传输技术为切入点,阐明各自的工作原理、技术优势及缺陷不足,介绍磁场与电场混合耦合型无线电能传输技术的发展背景;其次针对电动汽车无线充电的应用,从耦合机构、补偿网络、电力电子变换器及其控制策略、传输水平对国内外研究现状展开论述;最后指出目前亟待解决的问题以及未来的发展趋势。

感应耦合电能传输系统稳定域的分析

感应耦合电能传输(inductive coupled power transfer,ICPT)技术是目前应用最为广泛的无线电能传输技术.应用软开关技术能提高ICPT系统的效率,但同时也带来了多软开关工作点(频率分叉)问题,使系统呈现复杂的动态特性.通过求解极限环的稳定域(region of stability,RoS)可以对其背后的原理进行很好的解释.本文以串联谐振型ICPT系统为例,首先对其建立了分段线性模型与碰撞映射模型,并利用ICPT系统的对称特性将碰撞映射模型进行了简化.通过理论分析,推导出基于二次型李雅普诺夫函数的稳定性判据.设计算法,以稳定性判据为约束条件,RoS体积为目标函数,通过遗传算法实现了RoS的求解.最后通过实例对此方法进行了验证.相比于现有方法,本方法求得的RoS体积更大,从而更好地解释了软开关ICPT系统的动态特性.本文所提出的方法也可用于求解其他分段线性系统的极限环RoS,为这类系统的研究与设计提供了一定的参考.

含有TCSC的输电线路电能传输能力研究

高压长距离输电线路最大输送功率远远小于线路的热稳定极限,造成大量电力资源浪费。为解决这一问题,对含有可控串联补偿装置的输电线路进行研究,通过分析可控串联补偿装置的结构、工作原理及其运行方式,设计了基于触发角校正的PID阻抗控制方式下的串联补偿装置,在PSCAD/EMTDC中搭建含可控串联补偿装置的输电线路模型,仿真结果表明:基于触发角校正的PID阻抗控制方式可以满足对触发延迟角的准确控制,体现出一定的鲁棒性。

一种无需补偿电路的高效感应式电能传输系统设计

自谐振线圈(Self-Resonant,SR)因其利用自身寄生电容或杂散电容对电路进行补偿,具有高品质因数、易于集成等优点,在感应式电能传输(Inductive Power Transfer,IPT)领域引起了广泛的研究兴趣。为了进一步提升SR线圈的品质因数Q以增加系统能量传输效率,提出了一种低剖面、结构紧凑的新型单层平面SR线圈,该线圈由两个终端开路的传输线绕制在单层介质板上构成,具有较小的截面。此外,由于电流的分流作用,有效降低了线圈的铜损,提高了SR线圈的传输效率。加工并测试了所提超薄、高Q值SR线圈结构的优化模型,在谐振频率为6.90 MHz的情况下,该线圈具有220的高品质因数。利用所提SR线圈作为收发线圈组成的IPT系统,在两线圈相距50 mm的距离下,线圈间传输效率高达93.5%,DC-DC效率为86%,证明了该线圈良好的传输性能。因所提SR线圈具有低剖面和高传输效率特性,有望在小型消费电子产品和可穿戴输能系统中得到广泛应用。

基于双LCC谐振的无线电能传输系统设计

无线电能传输(WPT)技术具有便捷、安全、无空间限制的优点,基于双LCC谐振补偿的感应耦合式电能传输(ICPT)系统,因其较高的功率因数、输出电流与负载无关的优点,逐渐成为电动汽车行业的研究热点。针对双LCC型ICPT系统效率优化,此处建立互感等效电路模型,根据系统谐振条件,由基波分析法推导电容参数与软开关(ZVS)实现的关系,提出优化初级电容的系统参数设计方案,实现逆变桥ZVS以提高系统效率。最后设计搭建一台基于双LCC谐振拓扑的3.3 kW样机进行实验,实验结果验证了理论分析的正确性。

无线电能传输系统补偿拓扑综述

在无线电能传输系统中,其补偿拓扑是系统的重要组成部分。磁耦合系统中初级与次级之间存在较大的气隙,且漏感较大,耦合系数低,系统的能量传输能力也低,需要采用补偿技术以实现能量的高效传输。以谐振式无线电能传输系统为研究对象,分析了四种基本补偿拓扑的统一等效电路模型,推导了输出端口等效电路随线圈自感、互感、频率等参数变化的解析表达式,在此基础上详细分析了系统输出状态在不同参数下的电路性能,并总结了其优缺点。该研究成果对无线电能传输装置设计具有一定的指导意义。