基于频率切换实现恒流/恒压输出的电场耦合无线电能传输系统

电场耦合无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,EC-WPT)技术的实际应用中,有些用电设备需要系统具有不同的恒定输出特性(恒流/恒压),即系统输出电压或输出电流与负载解耦,此外,系统还需具备在恒流、恒压模式间按需切换的功能。针对该需求,基于LC-CLC谐振网络提出1种具有恒流/恒压输出特性的EC-WPT系统,分析LC-CLC谐振网络特性,推导恒流/恒压输出特性的实现条件以及恒流频率和恒压频率的计算方法,并给出系统参数设计方法,分析系统对工作频率的敏感性。最后通过仿真和实验验证所提出的EC-WPT系统恒流/恒压输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。实验结果表明所提出的系统在输入电压恒定的不同负载工况下分别实现2 A的恒流输出以及96 V的恒压输出,其最大传输效率分别为87.83%及88.17%。

恒压下GIS固体绝缘界面气隙缺陷放电严重程度评估

为了研究GIS绝缘子界面气隙缺陷的放电发展过程,文中设计了空洞气隙缺陷模型,搭建了一套GIS气隙缺陷放电长期测试平台。基于缺陷模型的击穿电压对带有缺陷的试品施加90%Ub、60%Ub、30%Ub的交流恒压,使用UHF检测系统采集放电数据直至试品击穿。提取放电次数、放电幅值、放电时间间隔分析放电状态特征,发现GIS气隙缺陷放电发展过程存在两个阶段,前期放电幅值缓慢增大,放电脉冲逐渐稀疏,放电发展较为平稳;后期放电幅值急剧减小,放电脉冲密集,放电发展剧烈,采用k⁃means聚类算法及BP神经网络建立了气隙缺陷局放发展阶段的划分规则。研究表明,放电次数、放电幅值、放电时间间隔3种统计参量呈现阶段式单调性的趋势,可以用3种统计参量前向差分绝对值作为特征参量来评估GIS气隙放电严重程度;对GIS恒压试验进行聚类分析将放电过程划分为平稳劣化阶段和加速劣化阶段,随着外施电压水平的降低,平稳劣化阶段被压缩,加速劣化阶段占比升高。

非线性曲面梁形态优化及恒压支撑装置设计

基于超前支护设备顶梁支撑结构研究一种恒压支撑装置的设计方法,恒压支撑装置由正刚度线性弹簧、负刚度非线性平面曲梁及承压气囊组合而成。通过对巷道顶板应力场分析,得到支撑结构的边界条件;利用B样条曲线简述负刚度非线性平面曲梁的特点;基于遗传算法与非线性有限元法对负刚度非线性平面曲梁进行形态优化设计;依据恒压支撑装置的工作原理,对线性螺旋弹簧刚度/强度特性进行分析与设计;对恒压支撑装置的零部组件进行设计,实现支撑装置输出压强大小恒定及自我保护功能。恒压支撑装置设计方法为综掘巷道超前支护研制提供了有力技术支撑。

基于变频重构S/SP拓扑的无线电能传输系统恒流恒压研究

针对电动汽车无线充电系统耦合系数和负载变化导致系统输出电流和电压剧烈波动的问题,提出一种由交错叠放式线圈结构和变频重构控制策略组成的无线电能传输系统,通过重构补偿拓扑,并切换工作频率,实现了系统的恒流恒压输出。首先,分析了拓扑重构前后系统的恒流、恒压输出特性和零相角特性,对比恒流恒压工作模式下补偿电容的大小,给出了系统参数调整方法。其次,剖析了交错叠放式线圈结构模型,提出基于耦合系数波动最小原则的线圈结构优化策略。所提出的系统补偿元件较少,两个工作频率点符合国际标准。最后,搭建一套500 W的实验样机,验证系统的可行性和有效性。实验结果表明,交错叠放式线圈在X轴方向偏移发射线圈外径的55%(187mm)或Y轴方向偏移120mm时,耦合系数波动率小于5%。系统在恒流模式下电流波动率为3.58%,在恒压模式下电压波动率为4.83%,满足无线充电系统恒流恒压需求。

无线电能传输系统最大效率追踪及恒压输出复合控制方法

针对无线电能传输(WPT)系统的传输效率受耦合线圈之间的互感以及负载影响的特点,该文提出一种基于阻抗匹配技术的最大效率追踪及基于前馈PI控制的恒压输出复合控制方法。首先,对双边LCC型WPT系统的参数和传输效率进行分析,通过调整系统参数优化系统的传输效率。其次,在二次侧使用DC-DC变换器采用阻抗匹配的方法实现最大效率追踪,同时在一次侧采用DC-DC变换器利用前馈PI控制器闭环控制负载端电压实现恒压输出。该方法中,效率追踪和电压控制之间相互独立,互不干扰。此外,该方法还通过系统工作时的电路参数来估算线圈间的互感值,并通过线性拟合的方法对该估算互感值进行修正,得到更精确的互感估算值。最后,通过搭建实验平台验证了该方法的可行性和有效性。与PI控制相比,前馈PI控制方法在快速性和抗扰动性上均具有明显优势。

恒压过滤实验中测定值偏离理论值的原因探讨

恒压过滤实验是化工原理实验的重要组成部分,很长时间以来,河北科技大学学生在化工原理恒压过滤实验中测得的洗涤速率和最终过滤速率的比值,与理论值相差悬殊。通过对该实验过程的观察和数据处理结果的分析,指出了三个产生此问题的可能原因,并通过实验进行了验证,最终确定了主要的原因为搅拌速度、螺杆压紧程度和过滤终点,最后提出了该实验操作过程中的注意事项和实验设备改进方案。

基于PLC与变频器的恒压供水系统设计

采用PLC和变频器相结合设计恒压供水系统,采集管网的水压力,经A/D转换后送入PLC,经PLC的PID运算后输出信号来控制变频器的输出电压和频率,改变电动机的转速来改变供水量,最终使管网水压力值稳定在恒定值。实践证明,该系统稳定可靠,同时还具有良好的节能效果。

恒压恒流交互模式对AZ31B镁合金微弧氧化陶瓷膜组织与性能的影响

为探究恒压与恒流相互叠加模式对AZ31B镁合金微弧氧化膜层组织与性能的影响,利用AZ31B镁合金为基材,在电解液和电参数相同的前提下,采用恒流、恒压、先恒流再恒压、先恒压再恒流4种不同电源工作模式在AZ31B镁合金表面制备微弧氧化陶瓷膜。采用扫描电镜(SEM)、电化学工作站、X射线衍射仪(XRD)、高温摩擦磨损机等检测手段,对AZ31B镁合金微弧氧化陶瓷膜层进行测试。结果表明:基材经微弧氧化处理后,表面生成微弧氧化陶瓷膜。在先恒流再恒压(0.7 A/6 min+400 V/4 min)电源模式下制备的微弧氧化陶瓷膜的MgO、MgF_(2)以及Mg_(2)SiO_(4)等强化相的峰值比其他模式下制备的膜层高;膜层表面平整,微孔小且分布均匀,致密性较好,膜层与基体紧密结合;相对于其他模式下的膜层,其被磨穿时长最长,材料的耐磨性得到提升;其腐蚀电位相对于基体,从-1.4974 V增加到-1.3769 V,腐蚀速率从0.0091 mm/a降低到0.0020 mm/a,耐腐蚀性显著提升。

基于无量纲化思想的柔性恒压储气装置优化设计

针对柔性恒压储气装置储能特性与材料变形、结构尺度之间的复杂相关性,提出一种无量纲化的结构改进设计方法,以描述储气装置的压力及能量变化规律。从橡胶的本构模型着手,利用有限元仿真思想研究应变能转换机制,分析结构参数与储能特性之间的关系。搭建储气装置充放气试验台,针对不同结构参数及压力工况,进行储气装置的能量变化规律验证。采用仿真及实验相结合的方式,研究尺度变化对能量特性的影响规律。为优化储气装置结构以及应用方面的研究奠定了理论基础。

基于拓扑重构实现恒流恒压输出的WPT系统

提出一种基于拓扑重构的具备恒流(CC)和恒压(CV)输出特性的无线电能传输(WPT)系统。该系统可从能实现CC输出的SS拓扑切换到能实现CV输出的S/LCC拓扑。相比于现存的采用拓扑重构方法实现CC和CV输出的WPT系统,所提系统仅需要一个交流开关并且无需引入多个无源元件。除此之外,该系统在整个充电过程中操作频率固定不变,这避免了频率分岔现象。同时,该系统可以实现零相位角(ZPA)运行,保证了系统的高传输效率。最后搭建一台87 W的实验样机,实验结果和理论分析保持一致,验证了所提系统的合理性。

基于接收侧变结构补偿的恒流恒压无线充电系统

随着无线电能传输技术快速发展,磁耦合式无线充电技术被广泛应用在锂电池充电领域.为进一步提升无线充电系统的安全性与充电效率,在串联串联(series-series,S-S)型补偿网络的基础上设计一种基于接收侧π/T型变结构补偿网络的恒流恒压无线充电系统.利用等效电路分别建立恒流和恒压充电的模型,通过附加的电容电感和开关改变接收侧拓扑结构,实现无线充电系统输出稳定的电流电压.该结构无需原边和副边复杂的控制和通信,几乎没有无功功率输出.通过DSP控制器作为恒流恒压输出的切换控制器.最后通过仿真和实验验证了基于接收侧π/T型变结构补偿网络恒流恒压输出特性和参数设计的准确性.

恒压压缩空气储能技术研究

加速能源结构转型,促进可再生能源发电并网,是应对气候变化和可再生能源发展的重要举措。储能技术可以解决可再生能源发电并网的不稳定性,提高可再生能源的利用率。其中,压缩空气储能因其效率高,投资成本低,对环境友好被广泛研究。与传统恒容压缩空气储能技术相比,恒压压缩空气储能避免了恒容压缩空气储能系统中不可避免的缓冲空气,使压缩机和膨胀机能够在恒定排放压力下高效运行,消除了膨胀机组前的节流损失。介绍恒压压缩空气储能技术的优势,并将其分为水下压缩空气储能、抽水补偿式压缩空气储能、固体补偿式压缩空气储能和气体相变补偿式压缩空气储能4种;论述了4种恒压压缩空气储能技术的基本原理、研究进展及面临的挑战;最后,对恒压压缩空气储能技术的发展进行展望。

基于恒压蓄能器非对称缸能量回收及强度校核

针对非对称缸工作装置在下降过程中存在较大的节流损耗问题,采用普通的蓄能器进行回收可以减小系统发热,但是当蓄能器内外压差小时,能量充放效果差,影响作业性能。因此,提出采用恒压蓄能器对非对称缸能量回收系统进行回收与利用,并对所提出的恒压蓄能器隔膜进行强度校核。首先,在Simulation X液压仿真软件中,搭建非对称泵驱动的非对称缸工作装置进行基于恒压蓄能器的能量回收系统仿真;然后,采用基于粒子群算法的并行优化设计方法,对影响回收效率的恒压蓄能器参数进行参数匹配,以提高能量回收效率;最后,对所提出的恒压蓄能器的隔膜进行强度校核与可行性分析。仿真研究结果表明:采用优化后的恒压蓄能器参数进行能量回收的方案,充放压力效果恒定,系统能量回收率达到18.9%。同时所提出的新隔膜方案满足设计强度要求,可为后续的恒压蓄能器的试制提供参考依据。

模糊自适应PID在LNG潜液泵恒压控制中的应用

在LNG介质温度、密度、储罐压力、液位等不断变化时,固定的PID参数不能适应工况变化,较大的比例系数和较小的积分时间会造成压力超调、振荡等问题,反之又会造成响应慢和余差,常规PID控制无法满足现场工况的不断变化,LNG潜液泵恒压控制不稳,造成管线超压安全阀起跳、LNG加液机报“压力传感器异常”故障,无法加液,并由此带来一系列其它问题,将模糊自适应PID控制算法应用于LNG潜液泵压力控制,获得了满意的控制效果。

面向气腹系统的气源管道恒压算法

腹腔手术过程中,恒压手术单元需要经常调节腹压,而多台手术同时进行腹压调节时,可能造成腹腔恒压系统供压不足,降低腹腔恒压系统工作的稳定性。为解决该问题,本文分析了腹腔恒压系统的充气、放气模型,以及多手术单元情况下的调节过程,提出了一种气源管道内的恒压算法,从而提高腹腔恒压系统的稳定性。实验结果表明,本算法在多台手术单元工作时,相比于比例微分积分控制(PID)算法可以更好地维持气源管道内压强的恒定。

基于单片机的恒压/恒流可调高压电源

本文设计了一种可恒流、恒压控制且可预置高压电流和电压的便携式静电高压电源,以满足便携式美容仪器的静电喷涂高压电源的需要。该高压脉冲变压器采用单边驱动方式,其中驱动窄脉冲信号源由AVR单片机提供,高压端电流采集信号与MCU形成闭环控制系统,微调窄脉冲脉冲宽度,实现恒流控制;高压端电压采集信号与单片机构成电压采集闭环控制,改变单边升压电路的供电电压,实现高压恒压控制。并利用PID控制算法,恒流、恒压控制能够达到快速稳定输出电流或电压的效果。设计的高压电源,输出稳定性高、抗干扰能力强,提高了静电喷涂设备的喷涂效果和续航能力。

基于恒压控制模式镀锡工艺研究

目前,航空产品镀锡通常采用恒流控制模式生产,此模式下,产品出入槽需立即更改电流,在连续生产方面存在一定局限性。为降低产品镀锡加工控制难度,提升生产效率,通过探究电流密度、电压、加工面积之间关联关系,进行相关性能验证,形成基于恒压控制模式镀锡工艺,该工艺适用于27dm^(2)及以下加工面积零件的恒压镀锡生产。

电动汽车无线充电系统恒流/恒压输出与抗偏移磁能耦合机构研究

在电动汽车无线充电系统中,负载锂电池的充电过程为先恒流再恒压,因此,无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统需要同时具备实现双输出的能力,且在双输出状态之间进行平稳切换。基于此,分析双边LCC(inductor-capacitor-capacitor)拓扑实现与负载无关的恒流/恒压输出条件,给出参数设计方法。针对系统可能会随机在不同方向上出现位移的情况,采用了双向同轴平面线圈的结构,即原边线圈由内外2个沿相反方向绕制的线圈串联组成。通过仿真和实验验证了本文提出的电动汽车无线充电系统具备同时实现恒流/恒压输出的能力,且在多方向偏移工况下实现稳定输出。

基于频率切换的S/LCL补偿恒流恒压型WPT系统研究

由于传统的插入式系统结构繁杂且频繁插拔容易发生电火花等危险,因此无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统凭借其固有的优势得到了广泛的研究,逐渐融入各种工业应用中.为了确保电池的性能及使用寿命,有效地为电池提供所需的恒定充电电流和恒定充电电压是非常必要的.然而在充电过程中,电池的等效电阻会发生显著变化从而导致系统很难在近似零相位角(zero phase angle,ZPA)运行下同时实现与负载无关的恒流输出和恒压输出.鉴于此,提出1种基于S/LCL补偿的WPT系统,该系统可以在2个固定频率下实现具有ZPA运行的恒流和恒压输出.最后,搭建了1台恒流充电为3 A和恒压充电为80 V的验证性实验样机,验证了所设计的WPT系统的正确性和可行性.

便携式XRF能谱仪中锂离子电池恒压转换器的研究

便携式XRF能谱仪采用锂离子电池供电,锂离子电池放电过程中,输出电压随时间逐渐减小,影响能谱仪检测结果。为消除该不利影响,采用Buck-Boost拓扑结构,基于LTC3789设计宽输入范围、高转换效率的恒压转换器,将锂离子电池转换为恒电压输出。详细介绍了恒压转换器的设计过程,并对其功能和效率进行实验,结果表明:该恒压转换器输出电压稳定,转换效率高,满足使用要求。