一次侧失谐参数对三线圈磁谐振无线电能传输系统的影响

三线圈磁谐振无线电能传输(MR-WPT)系统因存在交叉耦合,使得一次侧处于失谐状态,导致系统的传输功率有所下降。而现有研究MR-WPT系统失谐参数与传输功率关系的方法存在所考虑的失谐参数变量较多、参数之间的关系复杂、控制算法计算量大等问题。针对上述问题,以三线圈串联型磁谐振式失谐拓扑结构为研究对象,提出了一种三线圈串联型MR-WPT系统一次侧失谐参数设计方法,通过引入虚拟耦合因数简化参数计算过程,无需复杂的算法和设计额外的硬件电路。研究了一次侧失谐参数对三线圈MR-WPT系统的影响,分析了MR-WPT系统3个线圈回路之间的不同虚拟耦合因数、失谐因子与系统传输功率的关系:①发射线圈与中继线圈回路内阻比的大小可表征系统是否存在频率分裂现象。②发射线圈与中继线圈、中继线圈与接收线圈的虚拟耦合因数取值相等时,系统对应的输出功率要大于取值不相等时的输出功率,发射线圈与接收线圈的虚拟耦合因数等于1时系统的输出功率最大。③失谐因子可衡量一次侧的失谐程度,其取值越大,一次侧失谐程度越大,其取值越小,一次侧失谐程度越小。④当失谐因子为定值时,品质因数越大,工作频率与谐振频率差值越小,此时失谐程度越小;当失谐因子为定值时,品质因数越小,工作频率与谐振频率差值越大,此时失谐程度越大,在设计一次侧失谐参数时,宜适当选取较大的品质因数,以降低失谐频率的波动。实验结果验证了参数设计与分析结果的正确性。

磁耦合谐振式无线电能传输技术研究综述

近年来,无线电能传输(wireless power transfer,WPT)技术受到越来越广泛的关注,文中对WPT技术的几种主要传输形式进行了介绍,重点分析了磁耦合谐振式无线电能传输技术(magnetic coupling resonant wireless power transfer,MCR-WPT)。针对MCR-WPT技术,介绍了系统的基本结构,并对其建模方式和机理进行分析,重点阐述了MCR-WPT的关键技术与热门技术的发展现状,最后对该技术目前存在的问题和发展趋势进行了展望。

磁耦合谐振式无线电能传输系统变电容调谐控制方法研究

在实际应用中,无线电能传输系统两耦合线圈之间的相对位置变化会使系统参数发生改变,导致系统处于失谐状态,电能传输效率降低。针对系统失谐问题,提出了一种变电容调谐控制策略,通过控制电容的充放电时间使该电容等效为一个可变电容,调制等效电容值与线圈感抗满足谐振条件,从而使系统始终处于谐振状态,可使系统发射端线圈和接收端线圈之间的传输效率达到最高。建立仿真模型,搭建基于串联-串联型谐振补偿拓扑结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统实验样机,进行了变电容调谐控制实验。实验结果表明,在谐振频率为100 kHz、输入电压为20 V的情况下,样机能够实现无线电能稳定可靠传输,证明了该变电容调谐控制方法的有效性。

三线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统频率特性分析

建立了三线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统的等效电路模型,推导出系统传输功率和传输效率公式,得出了系统在临界耦合状态下获得最大传输功率时的耦合因数关系,给出了耦合因数与频率分裂点之间的关系表达式,分析了系统频率特性。理论分析结果表明:在过耦合状态下,系统发生频率分裂现象,会出现3个频率分裂点;在临界耦合状态和欠耦合状态下,系统只在固有谐振频率处发生谐振;无论有没有发生频率分裂现象,系统均在固有谐振频率处发生谐振,此时系统传输功率达到最大。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

磁耦合谐振式无线电能传输系统的仿真与实验

针对无线电能传输系统中传输功率小、传输效率低和传输距离短的问题,提出了一种增加中继线圈的新结构。基于磁耦合谐振式无线电能传输系统的工作原理,为增强系统耦合性能,在电源线圈与负载线圈中增加了中继线圈,并分析了其系统模型及传输功率公式。通过ANSYS有限元分析软件对不同数量中继线圈的实验系统进行电磁仿真,绘制了不同距离的磁感应强度空间分布图。最后,搭建了一个磁耦合谐振式无线电能传输实验台,根据负载功率变化与线圈距离的关系,验证了数值仿真的正确性。仿真和实验结果表明:增加中继线圈的数量能够有效地增强空间磁感应强度,对提高传输效率和增加传输距离有显著作用。

一种磁耦合谐振式无线电能传输系统研究

针对传统的由发射-接收线圈组成的磁耦合谐振式无线能量传输系统存在的传输距离短、远距离传输效率低的缺点,提出了一种以单中继的三线圈模式为基础,在中继线圈与接收线圈之间加入磁芯的方案。利用电路理论建立三线圈电路模型,推导出传输效率数学表达式,并对在中继线圈与接收线圈之间加入磁芯的传输系统进行仿真分析,确定出平板磁芯可以有效地提高系统传输距离及传输效率。最后通过实验研究,验证了所提方案的可行性。

磁耦合谐振式无线电能传输系统功率优化

以互感理论分析了磁耦合谐振式无线电能传输系统原理,介绍了阻抗匹配理论及相应的参数计算方法,提出将收、发线圈互感的变化等效成系统阻抗参数的改变,建立了含有阻抗匹配器的磁耦合谐振式无线电能传输系统模型。仿真结果验证了在相同的条件下,具有阻抗匹配器的磁耦合谐振式无线电能传输系统可有效提高负载功率。

磁谐振式无线电能传输系统频率跟踪设计

无线电能传输系统在传输过程中,针对系统失谐导致输出功率大大降低的问题,文章在Matlab/Simulink仿真库搭建了一套能够自动进行频率跟踪反馈的磁谐振式无线传能仿真系统,并对高频逆变电路触发脉冲信号发生器进行了设计与改进,使系统能够在发射端实现电压电流接近同相位,从而使系统在收发端传输能量时,处于接近纯阻态特性,减小了谐振线圈之间的无功损耗,增加了系统传输效率。仿真数据表明,该系统能够实时对发射端电流进行检测,并通过数字锁相环电路的调节信号对高频逆变器进行调节,输出与发射端电流同相位的逆变电压,实时进行动态调节。

三线圈磁谐振式无线输电系统建模与分析

针对三线圈磁谐振无线输电系统,基于互感耦合模型建立系统等效电路,推导系统在谐振状态下各级线圈的反射阻抗与效率,并进一步分析系统整体效率与工作频率、线圈互感、线圈内阻以及负载大小的关系,得到三线圈磁谐振式无线输电系统效率最优条件,为系统整体设计与参数优化提供理论依据。然后,在最大线圈尺寸与净传输距离一致时,将三线圈磁谐振式无线输电系统与两线圈磁谐振式无线输电系统进行比较,分析三线圈系统效率优于两线圈系统时的条件及其效率提升能力。最后,搭建了一套三线圈无线输电平台并对理论分析进行实验验证。

大传输距离下电动汽车无线充电系统优化

针对无线充电系统原边线圈嵌入路面结构后耦合线圈之间的距离增大、耦合程度减弱的问题,对线圈结构进行优化,以实现大传输距离下无线电能的传输。通过电磁有限元仿真对线圈的内径、外径和匝数进行优化,提出以耦合系数为优化目标的线圈结构参数优化流程,同时,在Simulink中搭建无线充电系统的电路仿真平台,对采用优化后线圈结构的无线充电系统性能进行测试。结果表明:随着线圈内径增大,耦合系数先增大,达到峰值后迅速减小;随着线圈外径增大,耦合系数逐渐增大;在不同外径下,线圈的最优匝数均为9匝;3个参数中,增大外径是提高线圈耦合程度最有效的方式;最终优化后线圈的参数为外径480 mm、内径210 mm、匝数9匝,可以实现300 mm距离的电能传输,系统输出功率保持在2.96~3.70 kW,传输效率达到86.54%,横向容许偏移距离可达60 mm。

磁耦合谐振式无线电能传输的系统建模分析

磁耦合谐振式无线电能的传输特点较为突出,主要体现为传输的频率较高、传输的距离相对中等、传输过程中穿越障碍物的性 能较好等。基于以上种种优点,磁耦合谐振式无线电能传输在未来非常有可能取代电池,成为物联网发展过程中的又一匹“供电黑马”,为 物联网的传感器节点进行“无线输电”。此次研究将重点分析磁耦合谐振式无线电能传输的系统建模,并对其进行深度的分析和探索。通过 研究其在不同传输距离下系统的负载功率以及传输效率、在不同耦合状态下系统所获得的最大负载功率的条件等进行整体的分析。

磁耦合谐振式无线电能传输电动汽车充电系统研究

为研究电动汽车无线充电系统,解决电动汽车有线充电时的不安全、不便利问题,采用磁耦合谐振式无线电能传输技术,从改进传输线圈结构出发,在传输线圈外侧增加导磁体,将磁通尽可能束缚在两传输线圈之间,减小向外界的泄漏,缩短磁通在空气中的磁路长度,从而有效增强无线电能传输系统的耦合程度,大大增加传输功率,提高低频条件下的传输距离和效率。设计了具有频率自动跟踪控制的12 k W/70 k Hz高效磁耦合谐振式电动汽车无线充电系统,并进行实验研究,得到一系列传输线圈距离和负载阻抗、传输功率及传输效率之间关系的实验数据。特别地,实验结果表明在传输距离0.3 m、输入功率12.6 k W时,谐振频率为72.6 k Hz,传输效率达到94.33%。

多负载磁耦合谐振无线电能传输系统功效分析与优化

为了解决磁耦合谐振无线电能传输(WPT)系统在多负载情况下系统效率低、功率分配不均的问题,本文建立多负载系统的等效电路模型并进行理论推导,分析系统各负载两端电压对功率、效率的影响,提出一种能够同时实现功率分配和效率最大化的数值优化方法。首先通过对等效电路的分析确定系统总效率表达式,并以此作为目标函数;再以系统各接收端额定功率作为约束,通过粒子群优化算法(PSO)搜寻效率最大值;最后通过搭建仿真模型验证该控制方法的优越性。

磁耦合谐振式无线电能传输技术在电力系统中的应用

无线电能传输(wireless power transfer,WPT)技术能够以无线的方式传输电能,与传统输电方式相比优势明显。在电力系统无人化、智能化的趋势下,采用磁耦合谐振式无线电能传输技术有助于解决电力系统智能化设备的无线供电问题。介绍了磁耦合谐振式无线电能传输技术在电力系统中的几种应用场景,分别是电动汽车无线充电技术、变电站电力巡检机器人无线充电系统和线路巡检无人机无线充电系统,从系统结构出发,对最近研究成果进行对比分析,认为在充电效率、大功率充电、系统稳定性以及双向无线电能传输方面仍然存在研究空间,并对未来的研究方向提出建议。

线圈间距对谐振式无线电能传输系统性能的影响

针对线圈间距是衡量无线电能传输距离的关键指标,研究了线圈间距对谐振式无线电能传输系统性能的影响.建立了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统模型和PCB平面螺旋线圈模型,通过Matlab仿真分析源线圈、发射线圈、接收线圈和负载线圈之间的距离对系统传输效率和输出电压的影响,并搭建实验平台对仿真结果进行了验证.结果表明,线圈间距对系统传输效率有显著影响,系统输出的负载电压随着发射线圈和接收线圈间距d23、源线圈和发射线圈间距d12的增大呈现先增大后减小的规律,选择合适的d23和d12可使系统输出电压达到最大值,而源线圈和发射线圈间距d34的增加则使得输出电压逐渐减小.因此,在系统设计中应尽可能使接收线圈和负载线圈靠近.

井下磁耦合无线电能传输系统的全谐振特性分析

在井下应用磁耦合无线电能传输(MC-WPT)系统供电时,如果系统参数配置不当会引起系统输入阻抗呈非纯阻性,从而造成系统失谐,影响井下电力设备的供电效率。MC-WPT系统二次侧采用串联补偿(S)时易于实现谐振,但在二次侧采用并联补偿(P)时,现有研究都是在系统仅一次侧谐振、二次侧未谐振导致系统未全谐振的基础上进行的。针对上述问题,提出了一种MC-WPT系统的全谐振补偿方式。以SP型、PP型、LCC-P型和LCL-P型补偿拓扑作为二次侧并联MC-WPT系统研究对象,利用阻抗分析法得到系统处于全谐振状态的参数约束关系,并采用Matlab/Simulink对传统补偿方式和全谐振补偿方式进行仿真对比,结果表明:全谐振补偿方式下的SP型、PP型、LCL-P型补偿拓扑输出功率大于传统补偿方式下的输出功率,LCC-P型补偿拓扑输出功率小于传统补偿方式下的输出功率;在全谐振补偿方式下,SP型与PP型拓扑效率与传统补偿方式下的效率相差不大,LCC-P型拓扑效率远高于传统补偿方式下的效率,LCL-P型拓扑效率略低于传统补偿方式下的效率;全谐振模式下系统无需提供无功功率,视在功率等于给定的输出功率;全谐振补偿方式下SP型拓扑更适合应用于煤矿井下,不受互感变化影响,但受电阻负载影响较大。针对全谐振补偿方式下SP型MC-WPT系统谐振频率受电阻负载影响及电阻负载具有下限值的问题,利用DC-DC变换器,将阻抗匹配与有源功率因数校正相结合,实现系统整流桥输入侧等效阻抗始终等于预设谐振频率对应电阻值,同时保证系统整流桥输入电流与电压同相位,降低DC-DC变换器的引入对系统阻抗的影响。以SP型MC-WPT系统为实验对象进行验证,结果表明:SP型MC-WPT系统在全谐振补偿优化方式下能脱离电阻负载的束缚,系统不受互感影响及负载变化影响,稳定在全谐振模式下,提高了输出功率与输出效率。

应用于无线电能传输系统的中继线圈工作性能

以无线传感器网络节点无线充电应用为背景,采用具有磁场放大作用的中继谐振线圈,解决远距离、小尺寸接收端在极弱耦合系数(10?4量级)条件下所带来的无线电能传输问题。通过分析中继线圈的在谐振频率时的工作特征以及电流放大的理论机理,设计具有磁场增强功能的中继线圈,并研究其频率特性,同时实现:1耦合谐振时中继线圈对源级电流放大四倍以上;2通过采用将中继线圈与源级线圈置于同一平面的结构优化系统空间尺寸;3直径5cm接收端线圈在距离1m时为功率LED进行无线供电。

基于遗传算法优化的谐振式无线电能传输系统

影响磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输功率和传输效率的主要因素有输入电压、工作频率、发射侧和接收侧线圈之间的互感、交流内阻以及负载阻抗等。因此系统的优化设计是一个多参数多约束的问题。由于各参数之间相互影响且利用现有解析法计算圆导线螺旋线圈的交流内阻不仅复杂还存在一定的误差,所以本文基于遗传算法利用Matlab和Ansoft进行联合仿真来综合考虑各影响因素,以系统的传输效率为优化目标,同时对传输功率和空间位置进行约束,得到最终的一组优化参数。最后,本文将所得的优化参数带入saber进行电路仿真,仿真结果与优化结果具有较好的一致性。这为设计磁耦合谐振式无线电能传输系统时选择合适的参数提供了一种优化方法。

传输距离对谐振式无线电能传输系统的影响

发射线圈和接收线圈之间的距离是设计无线电能传输系统的一个关键影响因素。距离的变化对于系统的输出功率和效率都会产生影响。先利用两线圈的互感耦合模型,从电路的角度计算出系统输出功率和效率与耦合系数的关系式再通过ansoft软件仿真得到距离和耦合系数的关系,从而得到最大功率点的位置及效率随距离变化的改变情况。最后,设计了相关的实验电路,实验结果与仿真、理论分析具有较好的一致性。这为设计磁耦合谐振式无线电能传输系统时选择合适的耦合系数提供了参考依据。

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。