无线电能传输非线性拓扑补偿结构研究

无线电能传输技术以其安全、便捷等优点,在手机、电动汽车等领域受到越来越多的关注,其中的拓扑补偿结构设计是提高系统性能的关键.而补偿网络的研究多年来均采用线性理论和线性分析方法,在设备的安全性、鲁棒性、偏移容忍度等方面不能令人满意。针对上述问题,提出一种非线性拓扑补偿结构,建立了基于T参数矩阵的电路模型;使用有限元分析软件对其进行场路耦合瞬态仿真,解决了由于非线性模型难以得到解析解的难题,仿真计算出了磁性材料在非线性饱和状态条件下,系统的输出电压随负载和耦合系数变化的情况;综合理论分析与仿真实验结果,设计出了带有非线性补偿拓扑结构的无线电能传输实验系统。实验结果表明:该非线性拓扑补偿网络在输出负载剧烈变化、耦合系数k剧烈变化的情况下,输出电压基本稳定,其潜在性能表现有望超过现有线性拓扑结构。

基于补偿拓扑切换的MCR-WPT最大效率追踪方法

针对串联串联(S-S)和串联并联(S-P)补偿拓扑结构在大(小)负载场合传输效率低的问题,提出了基于补偿拓扑结构切换的磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统最大效率追踪方法.通过建立S-S、S-P等效电路模型提取谐振补偿网络参数,将系统最大传输效率切换点的寻优过程划分成轻载与重载两种工作模式,并使用有源阻抗匹配的方式对系统最大效率点进行自适应追踪.仿真测试结果表明:所提方法在轻载模式下能够维持原有系统最大传输效率,约为84.5%;在重载模式下效率由84.5%提升至91.6%,验证了该方法的有效性.

基于S/SP补偿拓扑的强抗偏移感应式无线电能传输系统

针对感应式电能传输(inductive power transfer,IPT)系统偏移造成输出电压不稳定和效率低下的问题,提出一种强抗偏移的S/SP补偿IPT系统,该系统在变耦合变自感和变耦合不变自感两种情况下均能保证较小的输出电压波动和较高的传输效率。首先,基于Maxwell有限元仿真,分析罐型磁心松耦合变压器的磁通分布和磁场分布特性,总结不同方向偏移的参数变化规律。然后,提出一种提高系统抗偏移能力的S/SP补偿参数设计方法,得到相应的磁耦合机构设计准则,并结合磁仿真数据,通过数值计算方式求得系统输出波动和输入阻抗角的变化规律。最后,通过实验验证文中采用罐型磁心和新型S/SP补偿拓扑实现多方向偏移下高效率、低波动无线电能传输的可行性。在额定负载下,系统沿纵向和水平方向偏移的输出电压波动分别为2.7%和3.1%,传输效率维持在90.8%~94.3%。

基于LCC-S补偿式谐振拓扑的锂电池WPT系统研究

无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统具有安全、可靠、方便等优点。文章在分析WPT系统锂离子电池内阻及其典型充电方式的基础上,通过对WPT原理和谐振拓扑结构的研究,提出了基于LCC-S补偿式谐振拓扑的WPT系统。在电池等效负载变化的情况下,通过合理的参数设计,LCC-S补偿式谐振拓扑结构可以分别实现与负载无关的恒流模式和恒压模式,无需切换拓扑结构。在理论分析的基础上,设计了系统的参数,并通过MATLAB仿真系统搭建仿真模型,验证了研究中的恒流模式和恒压模式。

基于变补偿结构的无线充电系统的设计

为了对锂电池安全充电,文章提出一种基于变补偿拓扑的无线充电系统。文章分析了串-并型和串-串并型两种补偿拓扑的输出特性。分析表明,串-并型拓扑具有恒流输出特性,而串-串并型拓扑具有恒压输出特性。因此,在无线充电系统通过交流开关实现两种拓扑的切换,进而实现系统输出模式的切换。同时,通过合理选取系统补偿元件可调节充电电流和充电电压的大小。最后,搭建实验平台对上述分析进行验证,结果表明,本无线充电系统可实现输出模式的自动切换,且输出电流和电压不受负载变化的影响。

感应耦合电能传输系统不同补偿拓扑的研究

比较了感应耦合电能传输(ICPT)系统的拓扑。讨论了ICPT系统中几种不同的补偿形式,包括单谐振补偿和多谐振补偿拓扑,并推导出匝比为1时每种拓扑的电压电流增益。为了最小化器件的电压电流应力和优化参数设计,介绍了谐振电路功率因数的概念。由分析结果及得到的曲线图可知,在单谐振补偿拓扑中,一次侧串联补偿与其余几种相比更能抵消漏感的影响。而几种多谐振补偿拓扑的效果则明显优于单谐振补偿拓扑。分析和比较了不同参数变化时的特性曲线,以便于进行电路设计。最后以一次、二次侧都进行并联补偿的一种电流型ICPT电路为例进行实验验证,以说明实际系统的性能。

适用于分段式动态无线充电的T型抗偏移补偿拓扑

近十年无线充电和电动汽车技术发展迅速,但是电动汽车发展遇到动力电池瓶颈和充电难问题,因而动态无线充电方案被提出。针对动态无线充电过程中,传输功率容易随偏移距离变化而剧烈波动的问题,从平缓传输功率波动的角度,在保证高传输效率和软开关的前提下,提出适用于动态无线充电的一次侧T型补偿拓扑及其参数设计方法。所设计T型补偿拓扑具有在宽偏移范围内保持传输功率稳定的特性,降低了一次侧控制系统的调控负担,同时还具有空载限流保护功能。最后搭建了500W原理样机,在侧向偏移百分比小于40%范围内,传输功率基本保持不变,表明了该补偿拓扑和设计方法的有效性。

非接触电能传输系统原副边补偿拓扑的研究

基于非接触电动汽车充电器的设计项目,针对非接触电能传输系统效率以及传输功率受到原副边补偿方式,以及补偿参数影响较大的问题,对非接触电能传输系统的结构特性进行分析,并且得出其参数的计算方法。重点比较电压型感应耦合传输系统的不同补偿拓扑结构以及补偿参数对于传输性能的影响曲线,从而可根据不同负载的种类以及大小选择不同的补偿结构与参数,为实际电路设计提供重要参考。

电动汽车无线充电系统SS型补偿拓扑研究

随着电动汽车的普及,电动汽车的无线充电技术受到了广泛的关注。磁耦合谐振式无线传输系统的传输功率大,传输距离适中,因此磁耦合谐振式无线充电技术普遍应用于电动汽车无线充电。磁耦合谐振式无线充电系统可视为松耦合变压器,系统的原、副边线圈之间存在较大的漏感,需要添加相应的补偿拓扑来提升系统的功率和传输效率。对SS型补偿拓扑进行分析,并通过Matlab软件对其进行仿真,分析在不同的负载、电感和频率下系统的输出功率、传输效率的改变。结果显示SS型补偿拓扑的磁耦合谐振式无线传输系统可以承受较大范围的频率波动,输出功率和传输效率也较高,表明该拓扑结构适用于电动汽车无线充电系统中。

无线电能传输系统补偿拓扑综述

在无线电能传输系统中,其补偿拓扑是系统的重要组成部分。磁耦合系统中初级与次级之间存在较大的气隙,且漏感较大,耦合系数低,系统的能量传输能力也低,需要采用补偿技术以实现能量的高效传输。以谐振式无线电能传输系统为研究对象,分析了四种基本补偿拓扑的统一等效电路模型,推导了输出端口等效电路随线圈自感、互感、频率等参数变化的解析表达式,在此基础上详细分析了系统输出状态在不同参数下的电路性能,并总结了其优缺点。该研究成果对无线电能传输装置设计具有一定的指导意义。

不同补偿拓扑结构下电动汽车无线充电系统传输特性对比

无线电能传输系统(WPTS)的核心器件为耦合变压器,其原、副边线圈间的气隙会产生漏感和激磁电感,从而降低输出功率和传输效率。为了补偿漏感和激磁电感,WPTS需要添加补偿网络。根据原、副边补偿方式不同,有SS(series-series)型、双边LCL型和双边LCC型补偿拓扑。针对这3种典型的补偿拓扑,通过MATLAB/SIMULINK仿真,分析其传输特性,并分析了其在抗偏移方面的性能。结果发现SS型补偿拓扑适用于高功率工作环境,但在某些特殊工况中存在较大安全隐患;LCL型补偿拓扑鲁棒性较好,但不适于大功率系统;LCC型补偿拓扑在保持较好鲁棒性的同时,传输功率有明显提高。搭建实验平台对SS型补偿拓扑的传输特性进行验证,发现当磁耦合器不发生偏移时,传输功率可达3 kW以上,当耦合器线圈偏移到200 mm时,传输功率高达6 kW。

高偏移阈值的感应电能传输系统补偿拓扑

感应电能传输(IPT)技术可用于各种设备的电能补充。尽管这项技术发展迅速,但IPT仍然存在一些问题。在IPT系统中,输出功率很容易受到耦合线圈之间耦合状态的影响。当两个耦合线圈没有精确对准时,输出功率会大幅下降。这里提出了一种新的补偿拓扑用于减小耦合系数对输出功率的影响。该拓扑能够在耦合系数偏离额定值很大时,仍然保持输出功率额定。这里对此进行了理论分析,计算机仿真及实验。

图数统一表达地理模型及自补偿方法

自20世纪初地图综合被提出以来,经过几十年的完善和发展,逐步实现了由完全手工作业模式向计算机自动化综合模式的转变,然而当前自动化水平仍比较有限。本文结合地图学理论和符号几何特征设计规范,建立了由模型基元和贝塞尔曲线构成的统一表达地理模型,辅之以NIV空间关系模型,提出了模型实体化的拓扑补偿和模型地图化的制图补偿自动化实现方法,探索一条解决地图自动综合这一世界性难题的方法与思路。最后展望了地图自动综合的前景以及下一步努力的方向。

空间约束下电动汽车无线充电系统磁耦合结构优化

电动汽车无线充电系统在尺寸大小与位置偏移等因素的影响下,会导致系统传输能力下降。为了在空间约束条件下提升系统的输出功率、传输效率及抗偏移能力,针对位置偏移与底盘高度不同的实际情况,在经典D4线圈的基础上分别设计了收发端非对称D4和收发端非对称D4Q双层线圈磁耦合结构,以提高耦合系数和抗偏移能力。在不同方向的偏移和旋转的情况进行仿真测试,表明收发端非对称D4Q双层线圈在出现横向偏移300 mm、纵向偏移400 mm、传输距离230 mm和旋转偏移45°以内具备无线电能传输能力。通过搭建实验平台对偏移进行测试与验证,结果表明,所提出的收发端非对称D4Q磁耦合结构的最大输出功率相对于收发端对称D4磁耦合结构增加约60.34%,最大传输效率增大11%。

不同补偿方式下MCPT系统功率传输特性研究

针对运动式非接触电能传输系统(MCPT)运行过程中负载、互感波动变化的问题,建立了互感电路模型,对不同拓扑补偿方式下功率传输特性进行了研究。由运动式非接触电能传输系统的互感电路模型推导出不同拓扑补偿方式下的传输功率表达式,并由传输功率特性曲线得出:一次侧采用串联补偿方式时传输功率较大;对一次侧采用串联补偿形式的2种补偿方式从传输效率方面进行比较,并通过仿真电路进行验证,得出了采用SS补偿方式时其传输效率稳定性较好;最后确定了运动式非接触电能传输系统应采用SS补偿方式。

基于LCC-S拓扑的电动汽车无线充电系统控制策略

基于LCC-S补偿拓扑,在磁耦合结构原边加入串联电感一个和串并联电容各一个,在副边加入串联电容,结合Buck控制器提出了一种在位错情况下具有良好功率稳定性的副边控制策略,并进行了MATLAB/Simulink仿真和样机实验.实验结果表明样机在X方向120mm和Y方向90mm位错情况下可保持3.3kW功率稳定输出,功率传输效率可达92%.

基于SN补偿的无线输电系统的分析及原边控制

基于SN(串联-无补偿)的无线输电系统具有接收侧结构简单、在强耦合和高品质因数的情况下效率较高的优点。为了解决因发射线圈和接收线圈之间的互感发生偏移及负载变化引起的输出电压不恒定的问题,文中提出了一种原边检测控制方式,通过测量发射线圈侧的输入电压、电流及二者之间的相角差来计算实际的互感和接收线圈侧的输出电压,并在此基础上实现闭环控制。文中首先分析了基于SN补偿拓扑的系统的原边检测原理以及系统的效率特性,然后采用Simulink仿真软件分别进行开环和闭环的仿真来验证理论分析的正确性,最后通过实验验证该控制方法的可行性。仿真与实验分析表明,文中提出的控制方式是正确、有效的。

基于SS与PS复合式谐振拓扑的电动汽车锂电池无线充电系统

电动汽车锂离子电池无线充电方式相比于接触式充电方式具有可靠安全等优点.本文在分析锂离子电池典型充电过程的基础上,通过对无线电能传输原理及谐振网络拓扑结构的研究,提出了基于SS与PS复合式谐振拓扑的电动汽车锂电池无线充电系统.在电池等效负载变化情况下,SS拓扑结构可实现恒流模式,PS拓扑结构可实现恒压模式,在理论分析的基础上对系统参数进行了设计.通过Matlab仿真系统搭建仿真模型,验证了恒流和恒压的充电模式,且在两种拓扑结构切换过程中,充电电压和充电电流过度平缓,符合电动汽车锂离子电池的充电特性.

基于滑模控制的轨道式无线电能传输系统设计

为解决轨道式无线电能传输(WPT)系统动态稳定性较差且效率不高的问题,借助Maxwell仿真软件,分别搭建传统E型和C型铁氧体绕制的接收线圈模型,对比分析发现后者传输效率比前者高5%。通过对基于LCC-S的高阶补偿电路建模分析,利用Matlab绘图找出系统传输效率最优参数。为解决接收端在移动时耦合系数变化造成电压不稳定的问题,提出一种无抖动滑模控制算法,并在Matlab/Simulink分别搭建基于PI控制和滑模控制模型,仿真分析得出滑模控制在耦合系数变化较大时稳压效果优于PI控制,最后搭建WPT系统样机并进行实验。结果表明:当接发线圈相对距离在一定范围内变化时,电压能维持在预设值,并且传输效率不低于81%,进一步验证了本文算法的有效性及可行性。

电动汽车感应耦合充电系统一种新型拓扑的研究

近年来,随着电动汽车的迅速发展,安全、便捷的充电系统显得越来越重要,而感应耦合电能传输技术(ICPT)很好的解决了这一问题。然而,在充电过程中由于原副边线圈的耦合程度不一和负载变化范围较大,造成系统的传输功率以及对补偿电容应力要求的不同,进而增加了系统成本。本文分析了ICPT系统中四种补偿拓扑结构,得出串联补偿增大了对补偿电容的电压应力要求,并联补偿拓扑增加了补偿电容电流应力的要求;当耦合系数减小时PP和PS拓扑的功率传输能力会降低,而SS和SP的视在功率会增加。本文针对这一特殊矛盾,提出了一种新型的拓扑,减小补偿电容电压电流应力的同时又不会减小传输功率。最后搭建Matlab仿真模型,验证了这种新型拓扑的可行性。