无线电能传输系统高效率低漏磁的全向环绕型有源磁屏蔽结构

在电动汽车无线电能传输系统(WPT)中,如何通过电磁屏蔽技术来降低WPT系统中的漏磁,同时维持较高的传输效率是一个难题。为此本文提出了一种全向环绕型有源磁屏蔽线圈结构来减少WPT系统中的漏磁。首先,分析了该结构的磁屏蔽工作原理以及设计思路,推导了该结构的数学模型;其次,根据本文线圈结构高效率低漏磁的特点,提出了一种线圈优化方法,得到了满足设计要求的线圈参数;最后,根据得到的线圈参数,搭建了一套基于所提线圈结构的WPT系统,并通过仿真和实验验证了该结构和方法的合理性。结果显示,在传输功率为4 kW时,本文提出的线圈结构在偏移0 cm时,目标面的最大漏磁为3.76μT,相比无屏蔽线圈结构降低了43.63%的漏磁,并且传输效率高达95.58%;在偏移10 cm时目标面的最大漏磁为6.03μT,仍符合漏磁安全标准,并且传输效率为92.92%,高于同尺寸无源屏蔽线圈结构和传统有源屏蔽线圈结构的传输效率。

电动汽车多车位WPT下沉式磁屏蔽系统研究

在电动汽车无线电能传输系统中,实现高效传输的同时减少磁泄漏一直是一个技术挑战。针对这一问题,本文提出了一种应用于多无线电能传输系统的下沉式屏蔽线圈结构,该结构在减小目标面漏磁的同时不会影响系统的传输效率。首先,提出了一种基于矢量磁位的矩形线圈磁场计算方法,通过此方法对系统目标面漏磁进行分析,为后续的磁泄漏优化提供了理论依据;其次,介绍了一种漏磁优化的方法,运用该方法得到满足要求的各线圈参数,为实现高效的无线电能传输提供了关键支持;最后,根据得到的线圈参数,研制了一套带磁屏蔽结构的双车位电动汽车无线充电系统,通过仿真和实验,让提出的屏蔽结构和方法的有效性得到了充分证实。结果显示,当系统输出功率恒定在4 kW时,所提出的屏蔽结构不仅使目标区域最大泄漏磁场降低了25%,且传输效率高达95%。

无线充电系统电磁屏蔽与效率优化技术研究

在电动汽车无线电能传输系统中,磁屏蔽效果往往以牺牲传输效率为代价,如何减少磁泄漏的同时提高传输效率是一个难题。为此本文提出了一种新型强耦合磁屏蔽结构来减少系统磁泄漏。首先,提出了一种强耦合磁屏蔽线圈结构,基于提出的屏蔽线圈结构,分析了屏蔽线圈阻抗特性对系统漏磁与传输效率的影响;其次,给出了一种漏磁优化流程,运用提出的优化流程,得到了满足设计要求的各线圈参数;最后,根据得到的线圈参数研制了一套基于电动汽车带磁屏蔽结构的无线充电系统,通过仿真和实验验证了所提结构与方法的有效性。结果显示,提出的新型强耦合磁屏蔽线圈不仅使系统的磁泄漏有效降低了28%,且传输效率提升了近4%。

一种共享逆变器的双永磁同步电机传动系统的拓扑及控制

共享逆变器可简化传统轴控模式下的双机传动系统的拓扑结构,降低装置的体积和重量。针对共享逆变器传动系统中单台电机的电压利用率低,导致电机牵引特性恒功区缩短,难以实现大功率输出的问题,研究了一种新型共享逆变器的ZS9-双永磁同步电机传动系统。利用分时控制原理研究了双机的恒转矩-弱磁控制策略,根据七段式空间矢量脉宽调制原理研究了最佳开关序列及Z源直通零矢量的生成、分配方法,采用间接电压法对Z源电压进行控制。通过离线及硬件在环模拟了多种运行工况,实验结果表明:共享逆变器传动系统中的双机可分别独立控制,能满足实际工程应用的需求。

Si/SiC超结LDMOSFET的短路和温度特性

Si/SiC超结横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(SJ-LDMOSFET)能有效改善Si SJ-LDMOSFET阻断电压低、温度特性差和短路可靠性低的问题。采用TCAD软件对Si SJ-LDMOSFET和Si/SiC SJ-LDMOSFET的短路和温度特性进行研究。当环境温度从300 K上升到400 K时,Si/SiC SJ-LDMOSFET内部最高温度均低于Si SJ-LDMOSFET,表现出良好的抑制自热效应的能力;Si/SiC SJ-LDMOSFET的击穿电压基本保持不变,且饱和电流退化率较低。发生短路时,Si/SiC SJ-LDMOSFET内部最高温度上升率要明显小于Si SJ-LDMOSFET。在环境温度为300 K和400 K时,Si/SiC SJ-LDMOSFET的短路维持时间相对于Si SJ-LDMOSFET分别增加了230%和266.7%。研究结果显示Si/SiC SJ-LDMOSFET在高温下具有更好的温度稳定性和抗短路能力,适用于高温、高压和高短路可靠性要求的环境中。

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。

线圈非同轴时磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率优化

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统的发射线圈与接收线圈非同轴放置时系统的传输效率过低的问题,运用耦合模理论,推导出系统的效率表达式。并以此为基础,分析发射线圈与接收线圈非同轴放置时,系统传输效率的变化规律。为解决发射线圈与接收线圈之间非同轴放置时系统效率过低的问题,提出一种基于混沌优化算法的参数动态调节方法,该方法能使系统几个关键参数实现最优匹配,有效提高系统的传输效率。最后,研制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理论分析的正确性。

多中继线圈的无线电能传输系统效率分析(英文)

电磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率与传输距离是矛盾的,一般来说系统的传输距离越远,系统的传输效率就越低。为了同时达到较远的传输距离和较高的传输效率,本文提出了一种多中继线圈的无线电能传输系统。运用瞬态耦合模理论,推导出了系统的效率表达式,并以此为基础,分析了系统传输效率的变化规律。当发射线圈与中继线圈之间的耦合系统和中继线圈与接收线圈之间的耦合系统相等且发射线圈与接收线圈之间的耦合系统等于零时,系统的传输效率最高。最后,研制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理论分析的正确性。

动态无线电能传输系统多接收线圈正反串联结构的互感计算与优化

在磁耦合谐振式动态无线电能传输系统中,发射线圈与接收线圈之间的相对水平偏移距离将达到发射线圈边长的一半,此时线圈间互感波动非常剧烈,导致系统无法正常工作。为此该文提出了一种多接收线圈正反串联结构来减小互感波动率。首先,提出了一种矩形线圈互感计算方法,运用提出的互感计算方法,分析了该线圈结构的互感特性;其次,给出了一种互感优化方法,运用提出的优化方法,得到了满足设计要求的各线圈参数;最后,根据得到的线圈参数,研制了一套基于多接收线圈正反串联结构的无线电能传输系统,通过仿真和实验验证了所提结构与方法的正确性。结果显示,运用提出的结构,其线圈间的偏移距离在发射线圈边长一半范围内变化时,线圈间最大互感波动率仅为3.81%。

新型双BUCK恒流源的研究

为解决电源设计中片面追求高频化所带来的一系列问题,设计了一种双BUCK拓扑结构的开关恒流源。分析了其工作原理,并用Saber软件对电路进行仿真分析,再通过实验验证了其正确性、可行性和有效性。

无线电能传输系统带双层有界磁屏蔽任意位置圆形线圈的耦合系数计算

耦合系数是无线电能传输系统的关键参数之一,准确的耦合系数计算是优化无线电能传输系统结构和提高传输效率的重要理论依据。目前还没有带双层有界磁屏蔽任意位置圆形平面螺旋线圈之间的耦合系数计算方法。为此该文通过麦克斯韦方程组推导出双层有界磁屏蔽条件下的矢量磁位表达式,利用边界条件及空间几何关系得到任意空间位置的耦合系数公式。与传统的近似计算方法不同,该文所提出的耦合系数计算可以对圆形平面螺旋线圈间的耦合系数进行精确的数值求解。最后,以两个圆形平面螺旋线圈间多种相对位置的变化情况为例,计算值、仿真值与实验值吻合良好,验证了所提计算方法的正确性。

双重单级PFC软开关变换器

针对目前开关变换器不能在一级同时实现高功率因数、高效率、大功率输出的缺点,提出了一种双重单级功率因数校正(PFC)软开关拓扑结构。详细分析了变换器的各种工作模态,给出了变换器参数的设计方法以及实现高功率因数和软开关的条件。实验验证了变换器的可行性和正确性。该变换器在诸如风力发电系统、大功率分布式电源系统、航空等领域中具有重要应用价值。

无线电能传输系统带磁屏蔽任意位置矩形线圈的互感计算

互感是无线电能传输系统的一个关键参数,在电动汽车线圈耦合机构中添加磁屏蔽材料,可以有效减少磁泄漏,增强线圈之间的互感。目前还没有方法计算带磁屏蔽任意位置矩形线圈之间的互感。为此该文基于双傅里叶变换和麦克斯韦方程组推导了带磁屏蔽条件下的磁通密度。并在此基础上,利用空间直角坐标变换法,得到了任意相对位置两个矩形线圈的互感计算式。与传统的近似计算方法不同,所提出的方法是计算互感的解析方法,可以对线圈间互感进行精确的数值求解。最后,以两个具有多种位置变化情况的矩形螺旋线圈为例进行了模型验证,互感的理论计算值和有限元仿真结果及实验结果吻合良好,验证了所提方法的有效性。

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。

三线圈磁谐振式无线输电系统传输效率的优化

磁谐振式无线电能传输系统的传输效率是评价整个系统的重要指标。针对单中继的三线圈磁谐振无线电能传输系统,运用等效电路理论和二端口网络理论推导系统在磁谐振状态下的传输效率公式,并对效率公式进行优化。当中继线圈与接收线圈之间的距离已固定时,在不改变系统各元件参数情况下,通过调节发射线圈与中继线圈间的距离,使其和中继线圈与接收线圈之间的距离满足一定关系,系统的传输效率可得到显著提高。最后,开发了一套三线圈输电系统,实验验证了理论的正确性。

磁耦合谐振式无线输电系统的阻抗匹配研究

针对磁耦合谐振式无线输电(WPT)系统在中距离传输时,传输效率随着传输距离增加而显著下降的问题,首先建立了关于磁耦合谐振式WPT系统的二端口网络模型,然后将反L型阻抗匹配网络嵌入系统中,根据最大传输功率理论,定量分析了阻抗匹配电路的调节电容,通过调节匹配电容的值,使系统在中距离传输时的效率得到明显提高。最后开发了相应的实验装置,验证了理论分析的正确性。

磁耦合谐振无线输电系统效率与距离优化分析

磁耦合谐振式无线电能传输系统具有传输效率高、传输距离远和输出功率大特点。此处运用等效电路理论,从实际应用出发,对具有普遍代表意义的非对称四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统进行了研究,通过聂以曼公式和实验测量,确定了互感和耦合系数与距离的关系。并以此为基础,分析了系统效率与距离的关系,得到了可优化系统效率和距离的3类参数及其作用。实验结果验证了理论分析的正确性。

基于模糊逻辑的无线电能传输输出端稳压控制

为了在无线电能传输系统中获得恒定的输出电压,提出了一种基于模糊逻辑的电容阵列恒压控制方法。通过数学分析与理论推导建立了输出电压与等效电容值的关系式,以输出电压为控制对象,通过控制电容阵列的等效电容实现系统输出电压的恒定。在MATLAB/Simulink中建立了基于模糊逻辑的输出电压控制仿真模型,仿真结果证明了该控制方法的正确性。

移相全桥磁耦合谐振无线直流变换器的设计

针对传统电能传输方式中存在的电线摩擦、老化、电能传输过程中容易产生火花等缺点,设计了一种移相全桥磁耦合谐振无线直流变换器。即采用磁耦合谐振式无线变压器以实现输入输出的物理隔离,结合移相双闭环控制实现软开关及提高响应速度。并通过Matlab/Simulink和TMS320F28335对设计的变换器进行了仿真和实现。仿真实验结果表明,所设计的移相全桥磁耦合谐振无线直流变换器的响应速度较快、损耗较小,且通过无线变压器进行电能传输提高了设备的安全性能。

基于逐次最邻近插值的动力电池电压模拟方法

动力电池模拟系统是新能源汽车测试平台等工业领域的重要装备,而电池模型是该系统能否精确模拟电池特性的关键环节。为兼顾数据容量和给定电压的精确性,提出逐次最邻近插值算法应用于电池模型数据查表,该方法根据动力电池在电池电荷状态(State of Charge,SOC)初始段、平稳段和末尾段的输出特性,建立了三个不同分辨率的模型子表,并借鉴最邻近插值算法的计算量小和容易实现的优点,采用对模型表逐次迭代分区,进而逼近实际SOC和采样电流对应的电池模型给定电压值,达到细化电池模型表分辨率效果。讨论了迭代次数选择对算法精度的影响,并采用不同抽样比例降低模型数据容量,对不同容量数据表做了大量实验,实验结果表明,本文方法在低分辨率数据样本条件下仍能保持高精度。