电磁感应式非接触电能传输技术研究综述

非接触电能传输(CPT)技术可以使电气设备摆脱导线的束缚,极大地扩展电气设备的活动范围,提升特殊环境下供电的安全性能。针对目前CPT技术中应用较为广泛的电磁感应式非接触电能传输(ICPT)技术,首先论述了该技术的发展历程;然后以坡印廷矢量为理论基础,探讨了非接触供电技术的实现原理。将现有的CPT技术按实现原理进行了分类,将磁共振式非接触电能传输技术归入ICPT技术分类;系统性地分析了ICPT技术的主要技术难点,指出耦合器耦合系数低是ICPT技术的主要技术问题,其他问题是在该问题无法解决时采用其他技术弥补而产生的。最后,论述了ICPT系统的主要关键技术及现有解决方案。

非接触式松耦合感应电能传输系统原理分析与设计

给出了非接触式松耦合感应电能传输的基本原理,讨论了影响系统电能传输的关键因素。针对不同的应用场合,对原副边进行了补偿设计,提高电能传输效率和减小供电电源的电压电流定额。并对系统稳定性和可控性问题进行了讨论。最后,基于以上分析,给出非接触式松耦合感应电能传输系统的一般设计方法。

基于LCL谐振变换器的电磁感应式非接触电能传输系统动态调压控制方法

为了解决电磁感应式非接触电能传输(ICPT)系统输出电压的可控动态调节问题,提出一种基于LCL谐振变换器的动态调压控制方法。发射端采用具有恒流输出特性的LCL谐振结构,使得流过发射端耦合线圈的电流呈现恒流特性。在接收端LCL谐振变换器输出侧并联一个用于调节电能输出的可控开关管,通过控制开关管的开关状态,实现电能的可控输出。当开关管关断时,接收端LCL谐振变换器输出电能给负载,输出电压上升;当开关管开通时,负载侧电能输出被切断,输出电压下降。通过检测输出电压,对可控开关管进行负反馈控制,可以动态调节电能输出功率,实现输出电压的动态调节。该方法只调节接收端,无需使用无线信道与发射端通信,电路结构及控制方法较为简单、易于实现,且适用于一个发射端对多个接收端无线供电。最后,搭建了2k W ICPT系统原理样机。通过实验验证了所提方法的可行性和正确性。

基于E类功率放大器的非接触感应耦合电能传输系统

为了提高非接触感应耦合电能传输系统的可靠性,提出了一种基于E类功率放大器的拓扑结构.将发射线圈和接收线圈的耦合电感进行等效变换,把发射线圈的漏感作为E类功率放大器谐振单元,把励磁电感作为折算后负载电阻的匹配电感.在电能非接触传输的同时实现了阻抗变换,把等效负载电阻限制在一定的范围内.提出的拓扑结构简单,无需额外的补偿网络.并且负载电阻变化时,均能满足E类功率放大器的零电压软开关条件.仿真和实验结果验证了新拓扑结构电路的可行性.

感应耦合式非接触电能传输系统的设计

基于电磁感应原理,运用现代电力电子能量变换技术和控制方法,实现供电线路和用电设备之间的非接触电能传输。通过对初级变换器拓扑选择及主要元器件参数的分析,提出非接触电能传输系统的设计,并对系统的效率和补偿等关键问题进行了仿真及实验研究,提高了系统的传输效率。

基于LCL补偿的多负载移动式感应非接触电能传输系统

针对多负载移动式非接触感应电能传输(inductive contactless power transfer,ICPT)系统的设计与控制进行研究,分析LCL电路的输出特性和阻抗特性,当其电感之比等于1时,其谐振频率与负载无关,满足多负载ICPT的要求;介绍多负载移动式ICPT系统的结构,并建立其等效电路模型,通过对等效模型的分析,提出原副边独立控制的控制策略和补偿电路设计原则,补偿电路要能够实现谐振频率与负载无关,以实现负载可变;分析LCL补偿电路的设计方法,分析副边LCL补偿和串联补偿的区别,当副边品质因数小于1时,LCL补偿输出功率更大;建立多负载移动式ICPT系统的仿真和实验平台,对理论分析和设计方法进行验证。

基于电容耦合的非接触电能传输系统模型研究

电容耦合的非接触电能传输(CPT)技术是基于高频电场耦合来实现的,与现有的电感耦合非接触电能传输(IPT)技术相比,CPT技术克服了磁场能量不能在金属屏蔽环境里进行传输的缺点,还可以减小能量损耗及电磁干扰(EMI)。本文分析了CPT系统的工作原理与等效电路模型。由于CPT系统包含电力电子开关和谐振网络,其时域微分方程模型呈现高阶非线性,本文给出了系统的广义状态空间平均模型(GSSA),将系统的时域非线性模型转换成为频域线性状态空间模型,并依据该模型对CPT系统进行了稳态和暂态动力学行为仿真,分析了电路参数变化对系统传输效率的影响。最后本文通过实验验证了模型及仿真结果。

新型无接触感应耦合电能传输技术研究综述

阐述了无接触感应耦合电能传输技术的工作原理,给出了感应耦合电能传输技术的基本定义.对松耦合变压器的典型物理结构进行了分析与比较,对无接触感应耦合电能传输系统主电路拓扑结构进行了深入研究,得出了系统在不同结构下的等效电路,推导了不同漏感补偿拓扑下的补偿参数.分析了无接触感应耦合电能传输系统中高频逆变器结构及性能,并对系统的功率传输及控制情况进行了分析.结合目前无接触感应耦合电能传输技术的研究现状与不足,探讨了无接触感应耦合电能传输技术的发展趋势与研究方向.

非接触电能传输系统中松耦合变压器传输特性

非接触式电能传输作为一种新的电能传输技术,具有很好的应用前景,介绍了非接触式电能传输系统的组成和基本原理。松耦合变压器是非接触式电能传输系统的关键组成部分,建立了松耦合变压器的模型,分析了线圈电阻、耦合系数等参数对松耦合变压器传输特性的影响。

稳压系统在非接触感应电能传输系统中的应用

非接触感应电能传输系统利用电磁感应耦合技术,解决了相对转动时能量的安全传输问题。电压的波动将严重影响用电设备的正常工作,着重研究了可控偏心器中非接触感应电能传输系统的稳压部分,并设计了一套大功率稳压电源。通过稳压系统的性能实验,测试出稳压系统可以提供48 V稳定的直流电。实验表明该稳压电源系统性能良好,具有稳压效果好、纹波小的优点,并且工作可靠。为非接触感应电能传输系统应用于旋转导向钻井系统提供了依据。

模型跟踪控制应用于非接触感应电能传输

为了将模型跟踪控制应用于非接触感应电能传输系统上,消除广义状态空间平均法对系统矩阵的影响,首先对两者进行原理分析,依据傅里叶变换和拉普拉斯变换的关系及矩阵理论,对状态空间矩阵进行分块和常数化处理,得到适用于模型跟踪控制方法的状态矩阵;通过建立与被控对象输出形式相同的参考模型,分离变量以便单独控制;最后在Simulink平台上对系统进行仿真,验证其可行性.论文提出的将模型跟踪控制应用到非接触感应电能传输系统的方法,使得被控对象可以跟踪参考模型的输出,从而改善电能参数特性,系统建模简单,且可以保存被控对象的物理结构,十分有效.

感应耦合式无接触电能传输系统设计

感应耦合式无接触电能传输模式是一种极具潜在发展前景的电能供给方式。文章介绍了其系统构成和工作原理,建立了其核心器件——无接触变压器的数学模型。在此基础上,对次级补偿、变压器设计、反馈与控制方法进行了深入研究,提出了新的设计方案。然后运用所建立的模型,对系统进行仿真分析和验证。最后通过实际的电源设计,验证了以上分析。

基于电磁耦合机构的非接触电能传输系统

基于非接触电能传输技术的研究,设计了非接触电能传输系统的供电机构、耦合机构和受电机构三大基本模块。对系统的整流滤波和高频逆变电路进行了仿真实验,整流输出电压波动小于6%,谐振逆变电路输出信号频率达1000Hz以上。采用低频信号发生器作为供电机构对系统进行了性能测试,给出了500Hz下的空气间隙与电压传输效率的实验关系曲线,随空气间隙增大,电压传输效率降低。

非接触电能传输系统松耦合变压器传输效率分析

在非接触能量传输系统中,松耦合变压器是影响能量传输效率的关键因素之一.对松耦合变压器的磁芯和线圈进行仿真建模,通过改变变压器磁芯和绕组的结构,可得到影响传输效率的关键因素.针对U型磁芯和不同绕组形式传输效率较低的特点,提出了一种改进型变压器.该变压器采用扁平U型磁芯和平面螺旋式绕组,仿真分析可得该改进型松耦合变压器结构可以大大提高系统能量传输的效率.

恒流型感应式非接触电能传输电路研究

拓扑结构是非接触电能传输电路的重要组成部分,不同的拓扑结构使非接触电能传输电路有不同的输出特性。为了在感应式非接触电能传输电路中实现恒流输出,选择了LCCL-C型拓扑结构。基于电磁感应原理和互感电路模型,分别针对发射侧电路和接收侧电路进行建模和分析,说明输出电流的计算方法,并证明所选择的LCCL-C补偿结构中输出电流与负载电阻无关。最后采用Multisim软件对所选择的补偿结构进行了仿真,结果表明选择的LCCL-C补偿结构可使感应式非接触电能传输技术实现恒流输出。

消除交叉耦合的三相感应式电能传输系统

传统的三相感应式电能传输系统的磁耦合机构存在严重的交叉耦合,影响系统效率。为了消除原副边线圈之间的交叉耦合,文中分析了三相串-串拓扑电路,利用DDQ结构线圈解耦的原理,在DDQ型线圈上增加一个与原DD线圈成90°放置的DD型线圈,使不同线圈间互感均为零,由此提出并设计了一种消除交叉耦合的三相感应式电能传输系统磁耦合机构。最后,搭建了一个3.3 kW的原理样机进行验证。实验表明,所设计的三相耦合机构的交叉耦合可以忽略,最高效率(直流-直流)可达95.61%,当系统偏移15%的情况下,内部的解耦被严重破坏时,系统效率发生下降,最大降低2.16%。实验结果表明该结构有效且可行,可适用于三相大功率传输。

非接触电能传输系统互感耦合的仿真研究

基于Maxwell2D仿真环境,建立了非接触电能传输系统磁能转换机构的仿真模型。基于此仿真模型,研究了影响非接触电能传输系统互感耦合的因素,包括磁芯材料、原边导线的位置、副边线圈的绕线方式以及绕线位置等因素。仿真结果显示了互感耦合受上述因素影响的规律,可指导该系统互感耦合的优化设计。

海洋浮标非接触电能传输电磁耦合器设计

海洋浮标是海洋监测系统的重要环节,而电能供给问题是海洋浮标系统能否实现对海洋环境实时监测的关键,为了解决海洋浮标系统供电难的问题,提出一种基于电磁耦合原理的非接触电能传输系统的新结构。该结构将固定海洋浮标用的钢缆和传输电能用的电缆分开,用一个和钢缆线平行的电缆环专门用于电能传输。并对电能传输系统的核心部件电磁耦合器进行了设计,选择了磁芯的材料,并利用磁芯几何常数对磁芯的结构参数进行了计算,确定了磁芯的型号,最后计算了绕组匝数。实验表明,系统传输功率达到了22.8 W,总体效率57%,实现了非接触电能的小功率传输,对解决海洋浮标的电能供给问题具有一定的实际意义。

非接触式电能传输系统中疏松耦合变压器电感参数的计算分析

研究了非接触式电能传输系统中疏松耦合变压器的电感参数。建立了一种疏松耦合变压器模型,通过求解有限元磁场方程,采用能量增量法和能量法计算电感参数;同时,利用实验的方法获取不同气隙下疏松耦合变压器的自感和互感。通过将计算结果与实验数据对比,分析基于能量增量法和能量法计算电感的准确性和合理性。在不同气隙宽度下,研究疏松耦合变压器励磁非线性受到的影响,考察不同方法计算电感参数的误差和适用性,通过分析得到计算电感参数的有效方法,为进一步开展疏松耦合变压器励磁特性研究奠定基础。

GMM旋转超声加工系统的部分耦合式非接触电能传输设计与补偿

非接触电能传输是旋转超声加工系统的重要组成部分。对于传统的完全耦合式非接触电能传输系统,完整的原边磁芯与自动换刀系统结构上的干涉影响了超声刀柄的自动换刀。建立了部分耦合式非接触电能传输模型,依据模型设计出电能传输的原、副边结构和线圈参数,并对其进行了电学仿真。为提升电能传输的效率,对部分耦合式非接触电能传输的电学补偿进行了研究。针对一种使用超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,GMM)的旋转超声加工系统,结合其电学特性设计出电路补偿网络,试验验证了部分耦合式电能传输及其补偿的有效性。研究表明,由于结构问题造成原、副边线圈间的漏磁较多,部分耦合式的电能传输效率和系统输出振幅均稍小于全耦合式的电能传输方式,但是通过合理的电学补偿方式完全可以满足超声加工的要求。对于GMM旋转超声加工系统,采用单边串联补偿方式能够在简化系统设计的同时,保证较高的电能传输能力。