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。

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.

高频逆变电路在非接触感应电能传输系统中的应用

针对可控偏心器中非接触感应电能传输系统的电源部分,分析了高频逆变电路的主电路及控制电路的性能,利用Multisim软件对全桥逆变电路进行仿真分析,并设计制作出了高频逆变电路。通过对全桥逆变电路的性能实验,测试出逆变电源的最大输出功率可达300 W,输出频率可调,范围可从0 Hz达到100 kHz,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。

可控偏心器中非接触感应电能传输系统的研究与实现

为了解决旋转导向偏心器中电泵机和发电机之间的物理间隙所造成的电能传输问题,设计出了非接触感应电能传输系统,并对影响电能传输效率的主要因素进行了研究。结果表明：耦合器的间隙距离越大,耦合器的传输效率越低;耦合器的最佳工作频率为38 KHz;高频逆变电源的输出功率在280-300 W之间时,系统间电能的传输效率可以达到85%。

用于感应式非接触励磁系统的CLC补偿拓扑研究

在感应式非接触电能传输(ICPT)系统中,为了解决负载变化影响电路输出电流以及输入阻抗角的问题,提出一种新型的T型结构的CLC补偿拓扑,并将其与串联补偿组合形成CLC-串联型补偿结构。依据基尔霍夫定律分析了CLC补偿同时实现全负载变化范围内的输出恒流特性和零输入相位角(ZPA)特性的约束条件;推导出了针对上述约束条件的谐振网络参数设计方法;分析了系统的频率稳定性,并求出了使系统频率稳定的负载边界条件;定量地讨论了使逆变桥开关管实现零电压开关(ZVS)的谐振参数调整方法。仿真和实验结果验证了CLC补偿电路具有恒流特性和ZPA特性;当负载电阻值小于使系统稳定的负载边界值时,系统可以保持频率稳定;单独调节补偿电容容值C 1可以实现逆变器开关管的ZVS。

非接触感应电能传输系统可分离变压器特性分析

本文对非接触感应电能传输系统中可分离变压器的特点进行了研究,分析了可分离变压器的磁路和电路,讨论了变压器绕组位置和气隙对可分离变压器参数的影响,并利用ANSYS电磁场仿真软件进行定性分析,得出了一些关键设计准则。并在气隙为 4mm和10mm的可分离变压器构成的1kW原理样机进行了实验验证,给出了实验结果。

基于自动垂直钻井工具的非接触式电能传输系统

针对以泥浆发电机为供电方式的自动垂直钻井工具,提出了一种大功率非接触式电能传输系统。利用电磁感应原理与变压器理论,结合高频逆变技术实现了钻井工具中的电能从转子到定子的非接触式的耦合传输,并满足井下近钻头处随钻仪器设备的大功率供电需求,性能稳定可靠、电能效率达到80%。

多负载移动式ICPT系统的研究

针对目前感应非接触电能传输(ICPT)系统在负载可变或多负载时存在的问题,对多负载移动式ICPT系统进行了研究。介绍了多负载移动式ICPT系统主要结构及关键的技术问题。建立了多负载移动式ICPT系统的电路模型,研究了工作频率对系统传输功率的影响,给出了系统参数设计方法。建立了系统的传递函数模型,提出恒流控制策略,分析了等效负载的变化范围,并进行了仿真和实验验证。

多负载ICPT系统原边恒流控制简要分析

针对多负载感应非接触电能传输(ICPT)系统SP型(原边串联-副边并联)的拓扑结构,发现利用原边恒压的控制方式在负载变化时不易实现多个接收端电压稳定,因此提出一种简单的基于反映阻抗的原边恒流来实现输出稳压的方法。本文对基于反映阻抗的原边恒流的方法进行理论的分析。

大功率齿轮箱的状态监测系统设计

轮齿的弯曲疲劳断裂和齿轮轴、轴瓦的高温烧毁是齿轮箱的主要失效形式,因此对齿轮箱齿根应力和齿轮轴温度的监测是齿轮箱正常工作的有利保障。文中通过对船用二级行星齿轮箱的分析,提出了一种新型的齿轮箱的状态监测系统。确定了齿根应力和齿轮轴温度测量系统的工作方案,基于松散耦合变压器原理的二级非接触感应电能传输系统完成电能的无线传输。最后通过实验验证了二级非接触感应电能传输系统在齿轮箱测量系统的应用是可行的。

元件参数漂移对ICPT系统的影响及解决方案

针对补偿元件参数漂移降低系统传输功率和传输效率及频率分裂导致频率跟踪容易陷入局部最优的问题,以LCC/S三阶补偿拓扑结构感应式非接触耦合电能传输(ICPT)系统为研究对象,这里提出一种通过参数化扫描截取最优工作频段以进行频率跟踪的方法。首先通过理论推导计算出输出电压与频率的关系曲线,基于补偿元件参数漂移对输出电压与频率的关系曲线的影响进行参数化扫描,然后截取出最优工作频段并利用简化的登山法自适应跟踪最优谐振频率点。最后,通过仿真和实验证明了理论分析方法的正确性。