多逆变器模块并联驱动的大功率无线电能传输系统研究

针对传统单个逆变器驱动的无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统输出功率有限的问题,提出了一种多逆变器模块并联驱动的大功率WPT系统,并对多逆变器模块并联的拓扑结构和各模块间的环流进行了分析。为了解决逆变器并联时产生的环流问题,提出了基于主从策略的相位同步控制方法,通过从逆变器输出电压和发送端电流相位差同步于主逆变器输出电压和发送端电流相位差实现逆变器模块间的相位差补偿。研制了三个逆变器模块并联驱动的WPT系统样机,实验结果表明,在500 V直流输入时,负载端获得功率约为20 kW,传输效率达94%,且各逆变器输出电压相位实现同步,证明了相位同步控制方法的有效性。

用于激光无线能量传输的分布式最大功率点追踪系统研究(内封面文章)

在激光无线能量传输中,由于瞄准系统误差和物体遮挡的影响,光电池阵列接收到的激光辐照分布不均匀,导致光电池阵列组串内的电池间出现电流失配,输出功率下降。针对该问题,采用分布式最大功率点追踪(Distributed Maximum Power Point Tracking,DMPPT)技术,减少光电池阵列组串内的电池间电流失配,并用并联型Boost(PT-Boost)电路替代传统Boost电路,降低DC/DC转换器的输入电流纹波,使DMPPT系统获得高追踪效率。实验结果表明,相较于传统Boost电路,PT-Boost电路的追踪效率提高3.6%,达到93.5%。在上述研究的基础上,设置了遮光率分别为0%、25%和50%的激光无线能量传输场景,DMPPT系统整体效率分别达到了93%、92.6%和90.3%。该研究结果对激光辐照不均匀场景下激光无线能量传输的最大功率点追踪指导意义。

新型无线电能传输三维耦合机构的设计与优化

为了进一步提高无线电能传输系统(WPT)的空间自由度,提出了一种新型类半球体状发射机构,从理论角度出发,利用互感叠加原理与等效电路模型分析了三维无线电能传输系统的特性;建立阵列式三维电能传输系统仿真模型,分析不同控制方式下的磁场分布规律,分别从距离特性与磁场分布研究系统传输性能,并搭建了无线电能三维传输实验系统,对该发射机构的传输性能进行验证。结果表明:新型结构最远可在400 mm处实现效率为19.2%的能量传输;在相同距离下,处于同一水平面的负载线圈在各方向接收功率最大效率偏差仅为8%,具有高均匀度磁场;该新型三维耦合机构具有空间高自由度、无方向性等良好的传输性能。

远距离大容量连续无线功率传输的机遇与挑战

远距离大容量连续无线功率传输是支撑空间太阳能开发利用和碳中和目标实现的未来可行路线之一。首先介绍了远距离连续大功率无线功率传输的应用需求和当前面临的发展机遇,针对具体应用提出了对该技术的具体需求;然后论述了国际范围内远距离连续大功率无线功率传输的最新研究进展。结合发展态势和应用需求,阐述了技术发展到目前所面临的挑战,并针对这些挑战提出了发展建议。

微波无线能量传输功率放大器效率提升的设计方法研究

针对用于微波无线能量传输系统中的微波功率放大器高效率需求,文章提出了一种提高功率放大器功率附加效率及输出功率的设计方法。通过功率放大器内部的功率流向统计,分析了反馈电容通道对高频功率放大器效率损失的影响,进而提出在栅极-漏极之间引入反馈谐振网络,提高晶体管内部漏极到栅极反馈支路的阻抗,减少产生的功率流向内部漏极到栅极支路,降低晶体管内部通道的功率损耗,从而保证在产生的总功率保持不变的前提下,增加了流向负载上功率,实现微波功率放大器输出功率的增加和功率附加效率的提高。验证电路仿真结果表明,功率放大器在5.78 GHz~5.82 GHz频率范围内功率附加效率均高于70%,漏极效率优于80.5%,输出功率高于10.5 W。证明了该方法在提升功率放大器效率方面切实可行,研究成果对提高应用于微波能量传输系统的功率放大器效率提供有力支撑。

基于LCL-S型两接收端无线电能传输系统传输特性研究

随着WPT应用的发展,多接收WPT系统因一个发射端可以为多个接收端同时供电,近年来受到广泛关注。对LCL-S型两接收端WPT系统的功率分配进行研究,并对LCL-S谐振补偿电路的两接收端WPT系统的传输特性进行分析,提出一种双PI功率控制,实现了发射电源恒功率控制。同时,通过移相控制调节各接收端的输出功率来实现按预设比例进行功率分配。仿真实验验证了所提出的方法实现恒功率输出和按预设比例分配接收端电能的可行性和有效性。

自适应聚类的图像块分级DCT混合数模无线传输方法

提出了一种新颖的混合数模无线传输方法来实现高质量的图像传输。首先,从原始图像中减去先下采样后上采样的图像来得到残差层图像。其次,提出了一种自适应聚类的块分级离散余弦变换算法来有效去除残差层图像像素之间的相关性。最后,提出了一种基于图像块等级的不等功率分配策略来进一步提升接收端的图像质量。大量的实验结果表明,所提方法在定性评估和定量度量两方面都明显优于现有较成功的混合数模图像无线传输方法。

无线能量传输的核心功率器部件挑战与进展

微波无线能量传输系统中高功率微波发射、高效率微波整流是共性关键技术,其中高效率微波整流是区别于传统无线系统的专项技术。首先,从两类4种微波功率源国内外典型产品技术方案、成果水平开展论述;系统探讨了二极管、三极管及电真空器件整流技术发展现状及研究热点。其次,针对微波无线传能系统高效率、高动态、高集成、长寿命多功能公用传能建设等技术挑战,提出了应对策略和解决途径;最后,进一步凝练和规划了面向空间高功率微波无线能量传输系统的关键技术、核心产品,并对我国无线功率传输的核心器部件及系统构架做出展望。

大传输距离下电动汽车无线充电系统优化

针对无线充电系统原边线圈嵌入路面结构后耦合线圈之间的距离增大、耦合程度减弱的问题,对线圈结构进行优化,以实现大传输距离下无线电能的传输。通过电磁有限元仿真对线圈的内径、外径和匝数进行优化,提出以耦合系数为优化目标的线圈结构参数优化流程,同时,在Simulink中搭建无线充电系统的电路仿真平台,对采用优化后线圈结构的无线充电系统性能进行测试。结果表明:随着线圈内径增大,耦合系数先增大,达到峰值后迅速减小;随着线圈外径增大,耦合系数逐渐增大;在不同外径下,线圈的最优匝数均为9匝;3个参数中,增大外径是提高线圈耦合程度最有效的方式;最终优化后线圈的参数为外径480 mm、内径210 mm、匝数9匝,可以实现300 mm距离的电能传输,系统输出功率保持在2.96~3.70 kW,传输效率达到86.54%,横向容许偏移距离可达60 mm。

3FSK能量调制式无线功率与信息同步传输技术

针对无线功率与信息同步传输SWPIT(simultaneous wireless power and information transfer)技术中出现的共享通道传输可用谐振频率少,无法保证载波传输效率的问题,提出了一种基于双LCC电路实现3FSK调制的三频谐振的SWPIT技术。相较于传统的2FSK调制电路,所提电路优势在于:采用三谐振频带,系统载波均使用谐振频率,避免了对系统谐振频率的利用率低、传输效率低等缺陷;使系统在3种频率下正常工作,可实现全双工,提高了工作效率。所做的工作包括:低阶及高阶电路谐振腔的谐振条件分析;参数设计及频率选择;解调信号。同时,通过Simulink仿真及实验样机搭建了150、177和48 kHz的实验平台,验证了所提3FSK能量调制式技术的可行性。实验样机显示,在3种频率下,接收侧输出电压稳定且幅值为直流输入电压的4/π倍,达到恒电压输出的目标。

电动汽车动态无线充电多接收线圈耦合功率波动性的研究

本文作者以电动汽车动态无线充电系统为研究对象,对功率的波动现象作了深入的研究。首先根据电路理论建立并分析电动汽车动态无线充电系统的不同数学模型,进而探究利用多接收线圈减小功率的波动。其次对多接收线圈动态耦合模型进行有限元仿真,探究动态无线充电过程中的耦合系数以及相关电参数的变化规律。最后根据仿真分析结果搭建电动汽车动态无线充电系统试验平台,分析该模型在动态无线充电过程中的传输功率波动情况。

基于LCC-S拓扑的大功率轨道列车无线电能传输试验平台研制

文章针对轨道列车无线电能传输系统参数及功能验证的需求,对国内外研究进展及成果进行了调研,结合轨道列车的实际需求,对系统结构、功能和电路模型进行了深入分析设计,开发了一套基于LCC-S谐振耦合拓扑的大功率无线电能传输试验平台,并进行了静态和动态工况以及不同气隙高度下的大功率负载试验,试验结果验证了轨道列车无线电能传输系统的正确性和有效性。

磁耦合谐振式无线电能传输系统最大功率效率点分析与实验验证

针对在磁耦合谐振式无线电能传输系统中频率偏移是否会对负载接收电能的最大功率和效率点产生影响的问题,综合考虑线圈谐振频率、耦合因数、电源和线圈内阻,利用互感耦合理论对电能传输系统进行建模分析,给出系统传输功率和效率的计算方法,得出了过耦合范围内随着频率分裂最大功率点和最大效率点的不一致性的结果。最后设计了基于磁耦合谐振技术的无线电能传输装置,实验结果与理论分析具有较好的一致性,证明了理论分析的正确性,也为进一步研究频率跟踪及其优化控制提供了有益的参考。

磁谐振耦合式单中继线圈无线功率接力传输系统的建模与分析

传统的由发射–接收线圈谐振器组成的基于磁谐振耦合的无线功率传输系统只能短距离的传输能量,在发射端和接收端之间适当的位置插入中继线圈谐振器可以有效的提高传输距离。该文对插入单中继线圈的磁耦合谐振式无线功率接力传输系统进行了研究,得出临界耦合条件和最大功率传输条件。研究了发射线圈和接收线圈之间的交叉耦合系数k13对系统的影响,并得到避免其不利影响的设计准则。数值仿真和实验表明,恰当的使用中继线圈不但能显著提高传输距离,并且因为系统的传输效率和负载功率对中继线圈的横向偏移和角度倾斜变化不敏感,因此还能提高设计的灵活性。

远距离小功率无线电能传输系统性能优化研究

针对远距离小接收端情况的磁耦合共振无线电能传输系统性能参数--传输功率和传输效率较低的问题,本文采用三线圈结构,利用等效电路理论研究提升传输功率和传输效率的方法。在分析传输功率、传输效率与传输距离、负载阻值以及负载串联或者并联接入方式之间关系的基础上,得到功率和效率表达式。通过Pspice仿真得知:三线圈结构能够有效提高传输功率和传输效率;不同阻值负载配合不同接入方式有助于保证系统工作性能。最后,利用所设计的远距离小功率无线电能传输系统,通过实验验证了理论分析的正确性。

无线传感器网络中支持并行传输的信道与功率联合优化博弈算法

针对无线传感器网络中干扰日益增大引起网络容量下降、能耗增加的问题,该文建立了信道分配与功率控制联合优化博弈模型。在该模型中链路将既能保持自身成功传输又不影响其它链路传输的信道作为可选信道,以实现链路的并行传输。继而基于该模型设计了一种支持并行传输的信道分配与功率控制联合优化博弈算法(JCPGC)。该算法利用最佳响应策略对模型求解,并通过超模博弈等理论证明了JCPGC能够收敛到纳什均衡。此外,该算法充分考虑信道分配和功率控制之间独立又相互影响的关系提高了网络容量。仿真实验结果表明,JCPGC具有大容量、低干扰和低能耗的特性。

过耦合无线电能传输功率降低机理与提高方法

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统在过耦合区负载接收功率降低的问题,对无线电能传输模型进行理论分析,得到负载接收功率与输入阻抗定量关系,并根据功率降低机理提出解决功率降低问题的根本措施。为验证功率降低机理理论分析的正确性和功率提高方法的有效性,最后进行建模仿真和实验验证。理论分析、建模仿真和实验验证具有较好的一致性,因而建模仿真和实验实现了对理论分析和结论的验证。

太阳能无线传感器网络节点传输功率优化策略

针对最大化节点能量收集时间内的数据传输量问题,考虑太阳能驱动的无线传感器网络节点的能量收集特性,在数据已经到达的假设下,设计了环境能量驱动节点的前向-后向搜索(FBS)传输功率优化策略.该策略依据节点收集能量下降段平均值的判断,给出全局优化的各时刻节点的传输功率.最后以1990年美国洛杉矶(N33°,W118°)的光照辐射数据为依据,对算法进行了仿真分析.结果表明:前向-后向搜索传输功率优化策略在传输的数据量上优于能量即到即用(EUP)的传输方式;节点收集能量的时间越长,算法的优化效果越好.

实现无线传输能量效率最大化的功率控制新方法

能量效率是无线自组织网络中非常重要的性能指标。到目前为止,自组织网络的能量效率还没有一个普遍接受的定义,且得出的结论多数是渐近的或定性的,其实用性非常有限。将比特看作质量为1的物理粒子,假设其在传输过程中携带了一定的信息动能,并将能量效率定义为物理能量转化为信息能量的比率,然后从信息论的角度定量地研究了无线传输的能量效率。通过理论分析,得出如下结论:能量效率随发送功率的增加非单调变化,且存在一个最优发送功率,使得能量效率取得最大值;给出了相应的最优发送功率,这将为协议设计提供最直接的帮助。根据得出的理论结果,提出了一种基于参数估计的功率控制的方法,并在Micaz传感器节点上进行了相关的实验。实验结果证明了此功率控制方法的有效性。

基于互感差异的双拾取无线电能传输系统功率分配控制策略

针对双拾取无线电能传输系统的系统功率分配问题,利用阻抗分析方法分析了LCL-S型拓扑结构下系统功率以及系统效率的影响因素,并提出一种在满足负载功率需求条件下的系统效率最优的功率分配策略。该控制策略根据系统负载功率和耦合机构互感优化拾取端的功率分配,实现功率传输和效率的优化控制。最后,通过仿真与实验验证了理论分析的正确性。