基于COMSOL的多中继线圈无线电能传输特性分析

采用COMSOL Multiphysics软件,对含有多中继线圈结构的无线电能传输系统建模并分析.多中继线圈无线电能传输系统中,随着中继线圈个数的增加,系统传输功率和效率的最佳传输距离随之增加,但其功率和效率值逐渐减小,系统谐振频率发生频率偏移,在近距离会发生明显的频率分裂现象.研究结果表明,在临界耦合距离下,保持各线圈均匀放置在传输系统中,具有较高的功率和效率值.在实际的应用中,要根据需要增加线圈个数,合理设置传输距离这一关键参数.

三线圈MCR-WPT系统中继线圈轴向位置的优化研究

探究三线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统中继线圈的最优轴向位置对优化系统传输性能至关重要,为此深入研究三线圈MCR-WPT系统的传输特性,应用电路互感耦合理论结合同轴线圈互感计算方法得出了系统最大功率和最大效率传输条件;基于上述最优传输条件,对宽负载范围内中继线圈轴向偏移对系统传输特性的影响进行了电磁仿真。仿真结果表明:中继线圈传输功率和传输效率的最优轴向位置与负载有关,均随负载的增大向接收线圈一侧偏移,当电源内阻与负载相等,中继线圈位于耦合机构中间位置时系统可获得最大传输功率,靠近发射线圈一侧时可获得最大传输效率。最后,搭建了三线圈MCR-WPT系统实验平台,实验验证了理论与仿真的正确性。

基于中继线圈的电动汽车静态无线充电系统抗偏移性能提升研究

横向偏移问题是无线电能传输WPT(wireless power transfer)系统在电动汽车领域的应用中面临的主要难题。为提升电动汽车静态无线充电系统抗偏移性能,提出一种基于中继线圈切换的WPT系统。首先,建立了两线圈结构与三线圈结构WPT系统数学模型。其次,研究了两线圈结构与三线圈结构WPT系统抗偏移性能,通过结合两线圈结构与三线圈结构的优势,提高系统整体抗偏移能力。最后,搭建样机进行实验验证,结果表明,在横向偏移距离为线圈尺寸50%的范围内,系统输出效率均达到85%以上。

磁谐振耦合式单中继线圈无线功率接力传输系统的建模与分析

传统的由发射–接收线圈谐振器组成的基于磁谐振耦合的无线功率传输系统只能短距离的传输能量,在发射端和接收端之间适当的位置插入中继线圈谐振器可以有效的提高传输距离。该文对插入单中继线圈的磁耦合谐振式无线功率接力传输系统进行了研究,得出临界耦合条件和最大功率传输条件。研究了发射线圈和接收线圈之间的交叉耦合系数k13对系统的影响,并得到避免其不利影响的设计准则。数值仿真和实验表明,恰当的使用中继线圈不但能显著提高传输距离,并且因为系统的传输效率和负载功率对中继线圈的横向偏移和角度倾斜变化不敏感,因此还能提高设计的灵活性。

基于中继线圈的WPT技术及其在高压设备中的应用研究

对无线电能传输(WPT)技术在高压设备中的应用研究现状进行了总结,介绍了几种基于无线电能传输技术的高压端设备供电电源的研究情况,建立了带有中继线圈的电磁谐振式WPT的数学模型,对中继线圈最佳位置和传输功率、距离和效率进行了仿真分析。结果表明带有中继线圈的电磁谐振式WPT技术能够满足高压设备的电源需求和绝缘要求。

双中继和三中继线圈位置参数对无线电能传输功率的影响

提出使用带多个中继线圈的电磁谐振式无线电能传输技术来解决智能电网中高压侧电子设备的供电可靠性和稳定性问题。建立了多中继线圈无线电能传输的理论模型,给出了线圈互感、负载功率和传输效率的计算方法,对双中继和三中继情况下线圈间距变化时的负载功率和传输效率及总距离一定时中继线圈位置的变化对传输功率的影响进行了仿真计算,得到了负载功率最大时的线圈位置和对应的传输效率,并进行了实验验证。结果表明,双中继和三中继时,中继线圈能够大大提高传输的功率、效率和距离;负载功率最大时,中继线圈位置并非等距排列,对不同参数的系统需要进行仿真计算和实验来确定中继线圈的最佳位置。

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。

含中继线圈无线电能传输金属障碍物仿真分析

针对含中继线圈的无线电能传输系统可能遇到金属障碍物的情况,采用有限元方法进行仿真分析并实验验证。简要介绍了含中继线圈下的磁耦合谐振式无线电能传输的电路模型。通过建立模型,设计谐振系统各项参数并引入金属障碍物进行仿真。通过搭建实验平台对仿真的结果进行验证。分析了金属障碍物对于系统中各线圈的影响强度。仿真与实验结果得出,在含中继线圈的无线电能传输系统中,金属障碍物的设置对发射、中继和接收线圈影响不同。得出金属障碍物的加入对于含中继线圈的无线电能传输系统的影响,并总结出金属障碍物的最优放置的最优位置。

不对称磁耦合谐振式无线输电系统中继线圈研究

针对磁耦合谐振式无线输电系统在实际应用中发射线圈与接收线圈难以对称、系统传输效率较低的问题,搭建了发射线圈大、接收线圈小的不对称系统模型,提出在发射线圈和接收线圈间增加中继线圈的方法来提高系统传输效率,并提出一种中继线圈与发射线圈同轴同平面的结构;通过仿真对比了该方法与增加发射线圈匝数方法对系统传输效率的影响,结果表明增加中继线圈的方法能更有效地提高系统传输效率,且体积更小;在实验室环境下搭建了系统实验平台,验证了理论分析和仿真结论的正确性。

中继线圈错位对无线电能传输系统效率的影响

针对传统两线圈结构系统效率受线圈错位影响较大的问题,定量分析了三线圈结构错位对系统传输性能的影响。利用Ansoft有限元法分析S-S型磁耦合谐振式无线电能传输系统中,中继线圈不同方向错位对系统传输性能的影响;构建了24种错位模型,比较各参数的影响权重。副边线圈移动对系统传输效率的影响小于副边线圈与中继线圈共同移动对系统传输效率的影响,且横向偏移比纵向偏移影响更大。搭建实验平台进行验证,分析表明实验结果与仿真结果不一致是由单边线圈错位增加的杂散电容造成的。

一种带中继线圈的多载接入式MCR WPT系统研究

针对磁耦合谐振无线电能传输(MCRWPT)系统中负载接入数目对于系统整体输出功率与传输效率的影响问题,设计了一种带有中继线圈的多载接入式MCR WPT系统,通过控制系统中负载线圈的接入数目,研究系统的输出功率与传输效率的变化。当系统中接入负载数目增加时,单个负载的传输效率与传输功率逐渐下降,但系统总的输出功率与传输效率逐渐上升,并随着负载数目增加至8个以后,系统的输出功率与传输效率达到饱和,饱和点系统的输出功率为4.51 W,传输效率为79.12%。

基于中继线圈切换的三线圈结构WPT系统效率优化研究

三线圈结构无线电能传输(wirelesspowertransfer,WPT)系统相比于两线圈结构WPT系统,具有更远的能量传输距离和更高的系统传输效率,但该结构的近距离传输效率有待进一步验证。首先,针对这一问题建立全面、精确的三线圈模型;其次,分析得到三线圈近距离传输效率降低的原因:由于阻抗不匹配的问题,导致线圈损耗增加。最后,给出一种基于中继线圈切换的三线圈结构WPT系统,它将两线圈和三线圈的优势结合在一起,解决三线圈近距离传输效率下降的问题。在理论分析的基础上,通过实验验证基于中继线圈切换的三线圈结构WPT系统效率优化方法的可行性。相比于传统两线圈结构,该系统在远距离的效率提升达23%;相比于普通三线圈结构,该系统在近距离的效率提升达22%。

基于多中继线圈结构的无线电能传输系统恒流/恒压输出方法

在高压杆塔在线监测设备的电池充电过程中,为了兼顾充电速度与安全,常采用恒流/恒压充电方式。文中基于多中继线圈的无线电能传输系统,提出一种仅切换一次系统工作频率便能实现恒流/恒压输出的方法,该方法无需复杂的控制和额外的元件。首先,分析得到恒流、恒压与系统系数矩阵之间的定量关系;然后,采用迭代算法确定各个补偿参数的数值,使得系统在两个不同的频率点上可以分别实现恒流或恒压输出;最后,切换系统的工作频率,即可从恒流输出模式切换到恒压输出模式。实验结果表明,在负载大范围变化时,电流增益和电压增益仅略微变化,且在整个充电过程中几乎没有无功功率。

多中继线圈无线电能传输系统的交叉解耦研究

为解决多中继线圈无线电能传输(WPT)系统中存在的交叉耦合问题,这里设计了一组磁交叉解耦的线圈结构,在多级中继线圈中插入一层特殊的屏蔽材料,以抑制非相邻线圈的耦合,同时保持相邻线圈间耦合较强。进一步地,选取LCC-Multi-S型拓扑,分析了交叉解耦双中继系统的频率特性、输出特性及负载特性,仿真和实验验证了这种交叉解耦线圈结构的有效性,抑制了频率漂移,提升了系统效率和稳定性。

带中继线圈无线电能传输的效率分析方法

通过耦合模理论(CMT)对带中继线圈的无线电能传输(WPT)系统进行了详细的效率计算和分析,得到了系统输出效率的数学表达式。继而对系统的输出效率表达式进行仿真,表明了系统输出效率与输出阻抗、线圈损耗率和耦合系数之间的关系,从而找到了影响系统输出效率的关键性参数。最后设计制作了一套带中继线圈的磁共振无线电能传输系统实验装置,通过实验验证了上述分析的正确性。

基于多内嵌中继线圈的高压线路非接触供电系统优化设计

户外输变电线路在线监测系统的供电质量已成为制约在线监测技术发展的重要因素,为此探究利用内嵌于绝缘子的多内嵌线圈的非接触供电系统为在线监测设备供电的可能性。首先基于互感电路模型对多米诺非接触供电系统传输性能进行分析,考虑线圈自身参数与系统工作频率对线圈品质因数的影响,结合实际复合绝缘子参数,设计单层和双层的内嵌线圈结构;继而结合有限元仿真与电路仿真,对2种线圈结构的12线圈非接触供电系统的耦合特性及传输性能进行对比分析;最后选择双层线圈作为内嵌线圈方案,并且搭建12线圈非接触供电系统实验平台进行实验。仿真与实验结果表明,采用双层内嵌线圈的多米诺非接触供电系统能实现高质量的供电目的。

基于中继线圈的磁耦合共振无线能量传输系统

建立了基于中继线圈结构的磁耦合共振无线能量传输系统的等效电路模型,分析并推导出了无线能量传输效率表达式。在等效电路模型的基础上,理论分析了中继线圈的位置对于无线能量传输系统的影响以及无线能量传输系统各个传输线圈间的能量流动。根据理论分析,仿真并制作了的五线圈结构的磁耦合共振无线能量传输系统。仿真与实验表明,当中继线圈位于发射线圈与接收线圈的正中间时,无线能量传输效率最高可达81%。而当中继线圈偏离发射线圈与接收线圈的正中间时,传输效率会随着偏移距离的增大而降低;对比无中继线圈的无线能量传输系统,当无线能量传输系统引入中继线圈后,无线能量传输系统最高效率对应的传输距离由100mm增加到160mm,传输效率为40%对应的传输距离由140mm增加到300mm。仿真实验结果与理论分析相一致。

中继线圈对电动汽车无线充电系统的优化

电动汽车无线充电装置具有灵活性,没有直接的电气接触,比传统的充电桩安全,但是传输效率较低,传输距离较近,为了改善这个问题,设计了基于中继线圈的磁耦合谐振式无线能量传输系统。利用互感理论分析了含有中继线圈的磁耦合谐振式无线能量传输系统模型,并利用Matlab仿真验证了中继线圈应用到电动汽车无线充电上可以增加传输效率和传输距离。

基于中继线圈的无线电能传输技术拓扑结构的研究

无线电能传输技术(Wireless Power Transmission,WPT)为手机、可穿戴设备等智能移动设备已经实现了无线电能传输。目前WPT系统中广泛应用的有四种经典的基本二阶补偿,但是存在传输距离有限以及效率低等缺点。在此背景下,本文提出了带有中继线圈的不同拓扑结构模型,基于经典的两线圈模型串-串(Series-Series,SS)、串-并(Series-Parallel,SP)传统补偿拓扑系统,本文研究在此两种系统中加入中继线圈,对串-串-串(SSS)以及串-串-并(SSP)拓扑结构及其传输效率进行理论分析,并对不同拓扑结构进行仿真与数据的分析。在不同参数的条件下,通过Pspice仿真证明SSS与SSP拓扑结构均可提高传输距离与传输效率。

S/S/S拓扑三线圈WPT系统非完全补偿效率优化方法

三线圈结构能够有效提升无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)系统传输距离.S/S/S拓扑因简单实用而广泛应用于三线圈WPT系统,但传统的完全补偿方法令各线圈自感与补偿电容形成串联谐振,受线圈耦合及负载条件影响,系统无法在不同工况下均达到最佳传输效率.针对这一问题,提出一种非完全补偿的S/S/S拓扑参数配置方法 .首先,通过对传统补偿方法分析,阐明了完全补偿时系统效率不佳的原因.然后,以线圈传导损耗最小为目标,采用非线性规划方法对中继和接收线圈补偿参数进行优化,同时匹配发射线圈最佳补偿参数以减小功率器件开关损耗.最后,通过仿真分析得到采用非完全补偿方法时的系统特性,揭示系统效率提升的内在机理,并以输出功率为1 kW的三线圈WPT系统为例开展实验研究.结果表明:与完全补偿方法相比,采用所提非完全补偿方法的系统AC-AC效率提高5.183%、输入电压降低85.3%;与中继线圈切换方法相比,AC-AC效率提高4.214%;所提方法能够实现逆变器功率器件的软开关和系统最优效率,增强三线圈WPT系统的实用性.