磁共振耦合电能传输系统功率与效率传输特性分析与优化

功率和效率是电能传输系统的两个重要指标,利用理论分析结合实验研究的方法,探讨磁共振耦合无线电能传输系统的功率和效率传输特性。分析指出负载功率与系统效率频率响应曲线均存在分叉现象,收发端参数相同的传输系统的负载功率频率响应曲线呈近似对称形状,分叉现象消失前的负载功率不随收发端距离的变化而变化;参数非对称系统频率分叉时存在主从共振频率之分,且负载功率会随收发端距离的增大先增大后减小。理论推导出系统临界耦合系数及功率最优传输条件下的收发端优化耦合系数数学表达式。针对峰值功率与峰值效率工作频率点不重合的特性,提出了基于信息反馈的能效优化控制策略,借助能量传输通道,利用负载调制技术将接收端工作状态向发送端实时反馈,实现能量传输过程的闭环控制。文中理论分析结论与实验结果相一致。

非铁磁性金属影响下的磁共振耦合电能传输系统建模与分析

磁共振耦合无线电能传输通道周围存在非铁磁性金属物体时,交变磁场与金属导体相互作用,传输性能受到影响。针对该问题,文中建立了金属物体影响下的非接触电能传输系统模型,推导出任意状态下的功率、效率计算式。理论分析结合实验手段研究金属物体对系统传输性能的影响规律,结果表明:非铁磁性金属物体影响下的共振系统包含无金属干扰系统所具有的共振频率分叉、功率与效率最佳工作频率点往往不重合等基本特性,另外,金属物体的存在还会引起原系统共振频率向上偏移,且传输通道周围的金属物体并不一定总是对系统传输性能产生负面影响,在收发端弱耦合条件下可能对功率或效率传输起到改善作用。分析指出造成系统传输性能变化的根本原因是电涡流参数引起驱动源激励下的系统总等效阻抗及等效负载阻抗的变化所致。理论分析结论与实验结果相吻合。

考虑背景共振耦合效应的完全三分量法在大跨屋盖风致响应中的应用

针对传统三分量法忽略背景和共振分量之间耦合效应的不足以及CQC法不区分背景和共振分量的特点,结合随机振动的双输入单输出系统原理,推导了考虑背景和共振分量间耦合效应的完全三分量风致响应计算方法。以一个中心开孔的大跨屋盖为例,采用完全三分量法进行了风致响应计算及参数分析。计算结果表明:传统三分量法估计的开孔屋盖的脉动风致响应比实际值低7.1%,完全三分量法可精确估计开孔屋盖风振响应,与CQC方法具有同等精度,误差小于1%;结构基频越低,完全三分量中的背景-共振耦合分量方差的绝对大小越大;结构阻尼越大,背景和共振分量之间的相关系数越大,当结构阻尼比为0.035时,背景共振相关系数可达0.15。

磁共振耦合无线电能传输系统的传输特性研究

基于两线圈无线电能传输结构,采用实验的方法,分析了磁共振耦合无线电能传输系统的谐振频率、传输距离以及传输效率三者之间的关系。验证了系统处于谐振状态时传输效率最高这一结论。实验表明,系统的谐振频率会随传输距离的变化而产生波动,且在特定传输距离上传输效率最高,称为最佳传输距离。此外,收发线圈之间的距离处于最佳传输距离附近时,系统的谐振频率越高,传输效率越高。利用互感耦合理论,对最佳传输距离作了理论分析,结果表明,最佳传输距离与电源和负载的阻抗的匹配情况有关。

带有共振耦合线性链中孤立子激发

讨论带有一般次近邻相互作用线性链的孤立波激发 说明只要相互作用的排斥部分比较谐振部分更强 ,线性链中cnoidal波和孤立子激发都可以存在

基于磁共振耦合的激光射束驱动无线充电装置设计

运用传统方法设计的无线充电装置存在充电速度较慢的问题,因此以提升充电速度为设计目的,利用激光射束驱动技术,依据电磁耦合进行电能-磁场能-电能的转换和传输原理,设计了基于磁共振耦合的激光射束驱动无线充电装置改进设计。整个无线充电装置分为激光射束驱动元件、发送模块单元、磁共振耦合转换控制模块单元和接收模块单元4个部分,其中激光射束用来产生无线充电的驱动信号,通过发送模块单元和接收模块单元的配合,实现电能的传输和接收。磁共振耦合转换控制模块单元实现对充电速度和稳定性的控制,最终按照无线充电的运行流程,实现对用电设备充电功能的设计。通过充电性能对比分析实验得出结论:与传统的无线充电装置相比,设计的无线充电装置充电速度提高了3.464 C,充分体现了该方法的实用性和有效性。

共振耦合电能传输原理研究

在电磁学研究的早期，有线电力网还没有建立，曾经有很多人致力于建立远距离无线电力传输。这些努力获得了部分的成功。全向的电磁辐射模不适合这样的能量传输，因为大部分能量在自由空间浪费了。使用激光或高频天线的定向辐射模式，可有效地传输能量，即使是在远距离的情况下。然而，定向辐射模式要求一个无阻挡的直线空间和复杂的定向跟踪系统。近年来迅速发展的独立工作的电子产品应该重新审视调查这个问题。

磁共振耦合无线电能传输系统的低频化研究

针对磁共振耦合传输系统低频化问题进行相关讨论,提出目前低频化的几种主要方式,包括改变线圈的几何尺寸、形状和结构、材料以及采用贴片方式,并对使用铜贴片进行了相关理论研究与仿真分析,在铜贴片和线圈相距0.1 mm时,谐振频率降到2.72 MHz,相比于未加铜贴片的情况谐振频率下降64.2%。合理采用铜贴片能够在一定程度上降低谐振频率,而系统的传输效率基本不受影响。

负载阻抗特性对引信磁共振耦合无线装定系统传输特性影响

接收端负载阻抗特性对引信装定系统的能量传输性能有重要影响,针对该问题建立了非纯阻性负载条件下的磁共振耦合无线装定系统电路模型,理论结合试验分析了负载阻抗特性对系统传输性能的影响规律。结果表明:负载中的容性或感性成分会使共振频率产生偏移,并对传输性能带来不利影响,其根本原因在于负载阻抗通过耦合映射会引起中继回路等效电容值或电感值的变化;负载阻抗角小于0°时,共振频率较纯电阻情况向下偏移,共振频率变小,随着阻抗角的增大,频率偏移量及对传输性能的影响程度逐渐减弱,当负载中电容成分增大到一定值后,这种影响可以忽略;阻抗角大于0°时,共振频率偏移特性相反,随着电感值的增大,负面影响越来越严重,最终会破坏收发端的共振耦合状态,造成装定结果失败;理论分析结果与试验结果吻合较好。

表面等离子激元与F-P共振耦合平衡钙钛矿太阳能电池有源层内载流子产生速率

为提高有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)光吸收效率、平衡有源层中载流子产生速率,将周期性纳米光栅结构引入到PSCs器件结构中。分析了光栅周期、光栅高度和有源层厚度对表面等离子激元(SPPs)与法布里-珀罗(F-P)共振耦合模式的影响。通过改变光栅周期,实现了SPPs与F-P共振耦合波长范围与钙钛矿材料的弱吸收光谱区域相重合,同时光栅高度的增加可以增大耦合模式的光谱宽度。SPPs与F-P共振耦合模式实现了金属电极与电子传输层(ETL)界面处的局域电场增强。结果表明:场增强效应扩展到有源区,有效提高了PSCs有源层远入射光侧在570～800 nm波长范围内的光吸收,进而提高了有源层远入射光区域的载流子产生速率。当光栅周期为250 nm、光栅高度为50 nm、源层厚度为300 nm时,PSCs在太阳光弱吸收光谱区域内的本征吸收提高了～12%,有源层远入射光侧载流子产生速率提高了～41%。

金属铝管影响下磁共振耦合线圈特性参数变化

为了探究金属物体对磁共振耦合线圈自身特性参数的影响规律,针对现有理论模型不能完全描述金属铝管对线圈特性参数影响规律的问题,构建了金属铝管影响下的磁共振耦合单线圈修正模型,对应开展了仿真与实验研究,并给出了涡电流回路映射电阻R'E和电阻修正量RC具体表达式。研究规律表明:线圈电感参数变化量△L随间隙的增大而减小;线圈电阻参数变化量△R的变化趋势与间隙相关且存在变化趋势分界点,即当铝管与线圈间隙小于10 mm时,线圈电阻参数数值相对放置于空气中是增大的;当铝管与线圈间隙达到15 mm时,线圈电阻参数数值相对放置于空气中是减小的。

磁共振耦合无线电能传输系统研究

磁共振耦合是一种新型的无线电能传输方式,打破了电磁感应和电磁波等无线电能传输方式传输距离和传输效率不可兼得的矛盾,为中距离内高效率无线电能传输提供了一种解决方案。本文利用互感耦合模型,推导出磁共振耦合无线电能传输系统磁耦合结构的等效电路模型,利用这个模型可以得到磁耦合结构的传输效率和传输功率的表达式。

磁共振耦合无线电能传输技术于泛在电力物联网感知层中的应用

针对目前电力系统中物联网感知层硬件供能方式存在的问题和隐患,本文提出了采用磁共振耦合无线电能传输技术为设备充电,分析了该技术的原理和传输特性,并根据其传输优势,阐述了在建设泛在电力物联网中使用磁共振耦合方式为感知层硬件无线充电的应用场景。

磁耦合共振式无线电能传输空间能量的分布规律研究

无线电能传输是一种在电源和负载之间不需要任何物理接触就可以传输电能的技术。随着该技术的逐渐普及,磁耦合谐振式无线电能传输因其特有的中短距离传输的高效性进入人们的视野。文章基于磁耦合共振原理设计制作了研究装置,首先分析了在磁耦合共振条件下能量分布随线圈距离以及角度的关系,并基于以上关系得出能量在空间中的分布规律图像。

面向磁耦合共振无线电能传输的散热方法

磁耦合共振无线电能传输装置由供电单元、主控单元、输入功率调节单元、发射线圈、接收线圈以及负载组成。由于部分电子元件发热量大、结构紧凑使得装置热功耗增加。该背景下,提出一种用于磁耦合共振无线电能传输装置的散热方法,通过组合流散热和温差传导散热,自适应地将无线电能传输系统内部产生的热量有效转移至外部,以改善整体散热效果。

模态截断对悬索非线性耦合共振响应影响

对于各类动力系统共振响应,可以采用直接法和离散法得到其微分方程的近似解,而解的误差取决于两方面:模态离散和摄动分析。其中离散法采用有限模态来描述连续系统的动力学行为,如果忽略高阶模态振型和频率,定会带来一定误差,甚至无法反映真实的非线性动力学现象。因此无论是工程实践还是理论分析,离散法中模态截断带来的误差和收敛性备受关注。以水平悬索两正对称模态之间发生耦合共振为例,探究两种模态截断对该系统共振响应影响。首先利用Galerkin法得到离散后的面内运动微分方程,然后采用多尺度法求得系统发生耦合共振时的调制方程。通过对比激励响应幅值曲线、幅频响应曲线、时程曲线、相位图、频率谱、庞加莱截面和李雅普诺夫指数等,定量和定性地展示两阶和九阶模态截断导致的系统动力学行为差异。研究结果表明:非直接激励模态和非内共振模态对系统内共振响应存在影响,根源在于平方非线性的共振项;对于外激励直接作用于低阶和高阶模态的情况,由于模态截断导致的振动特性差异程度,前者要明显高于后者;在大幅共振区域,模态截断对系统响应幅值影响较为明显;分岔现象与模态截断阶数关系密切,倘若仅考虑两阶模态,结果可能会遗漏鞍结点分岔或出现额外的霍普夫分岔,从而导致跳跃现象和动态周期解发生明显改变;不同阶模态截断可能导致动力系统吸引子类型截然不同。

动车组头车声固耦合模态分析及多目标优化

目前针对高速列车领域声固耦合共振现象的产生机理和影响因素尚缺乏深入探讨,并且基于声固耦合共振理论的车体优化设计也需进一步开展。该研究基于模态等效和质量等效原则建立动车组头车有限元模型,分别进行结构模态、声场模态和考虑内外声场影响的声固耦合模态分析。分析结果表明:结构模态频率符合头车设计规范;声场模态存在与结构模态相近的特征频率,为后续耦合共振优化提供依据;内外声场的耦合作用导致结构和声场系统的模态参数变化,论证了模态分析中考虑声固耦合因素的必要性。基于模态分析结果,对动车组头车结构进行了两项优化设计:以车体质量最小化为目标,车身厚度为设计变量,在满足一阶垂弯模态频率约束条件下进行车体减重设计;为避免耦合共振影响,提取结构和声场固有频率值接近的模态阶次,将二者的频率差最大化作为优化目标,引入车体减重设计模型,形成头车轻量化与舒适性指标同步提升的多目标优化体系。

基于有限元模型修正技术的刚柔耦合关系研究

为了尽可能避免因车轮形成中央凹陷踏面磨耗而使铝合金车体产生振动疲劳问题,有必要以有效的有限元模型修正技术来合理构建高铁车辆的刚柔耦合关系。针对德国ICE3原型及一次蛇行现象,提出一种高速转向架动态设计方法,以整车稳定性态分析图来明确自适应改进方向,即λ_(eN)≥λ_(emin)而λ_(emin)=(0.03-0.05)。借用(半)主动车间减振技术,跨越不同速度等级的铁路专线运行亦可实现对中央凹陷踏面磨耗的自清理。拖车TC02/07刚柔耦合仿真与两次跟踪试验在抖车形成机制上得到了具有一致性的分析结论:牵引变流器产生主频约9.2/9.3Hz的横向耦合共振,对车顶的横向角焊缝造成了严重疲劳损伤,但是只要牵引变流器横移模态频率>12 Hz,最好14 Hz,转向架振动报警的安全阈值则可适度提高。

分段共振耦合RFQ的调谐与测量

对一长度为 3m的分段共振耦合RFQ冷模进行了多次调谐和测量 ,得到了RF电场平整度好于 4 %的场分布 ;解决了分段共振耦合RFQ调谐时耦合单元处RF电场分布出现的台阶问题 ;确定了分段共振耦合RFQ的调谐步骤 .

分段共振耦合RFQ场调谐方法研究

强流质子加速器需要采用分段共振耦合RFQ作为其低能加速结构 ,为减少束流损失 ,RFQ加速器必须达到所要求的场分布 .针对共振耦合结构的特殊性 ,在RFQ传输线模型的理论基础上 ,在一台RFQ冷模型上进行了场调谐的实验研究 ,获得了满意的实验结果 .同时 。