水下无线耦合连接器功能及其应用研究

水下微电子设备的寿命及连接海缆受损因素是故障风险点,故水下微电子设备的可维性是水下设备低成本运行的关键。出动工程船舶的水下维修活动时间长、维修流程复杂,产生的费用高昂,所以水下微电子设备的维修应以设计为更换方式。论文针对水下设备更换维修方案,提出了利用无线耦合供电连接器和无线耦合通讯连接器来设计水下系统设备之间(或是设备与海缆之间)的连接,利用无线耦合连接器对接要求低的特点,可由水面工程服务船携带ROV及机具开展水下微电子设备及海缆的更换维修操作,以能实现故障快速维修。此外,使用无线耦合连接器的水下系统易实现网络化,并具有系统功能提升与扩展的潜力。

无线耦合信号传输天线的设计和阻抗匹配

在无法直接接触测量信号的场合,采用无线耦合方式进行信号传输与测试,对无线耦合信号传输天线进行参数设计,通过ADS软件对电感为4μH、中心频率为7.812 MHz的天线阻抗匹配设计进行仿真,搭建阻抗匹配电路,比较匹配前后天线端测试信号变化,优化天线阻抗匹配网络。

GNSS车载终端无线耦合校准方法研究

文章分析了目前国内外GNSS车载终端校准方法现状,指出现行方法的适用范围有限、耗时耗力等局限性。在现行检定规程与国内外研究基础上,提出了一种适用于日常计量量传工作的、高效科学合理的GNSS车载终端无线耦合校准的方法。

GNSS车载终端无线耦合校准方法的验证

文章介绍了本所的研究成果《GNSS车载终端无线耦合校准方法研究》,讲述了校准方法、校准装置的工作原理和校准过程。经过分析论述,选择了科学、可行的验证方法——校准装置在特定状态下对定位、速度、里程参数采集回放并通过高精度接收机显示的数值与通过更高等级计量标准对对应相同状态下各种参数的测量标准值比较。实现了对GNSS车载终端无线耦合校准装置的整体计量性能测试和对GNSS车载终端无线耦合校准方法的验证。

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%。

信号与能量极板层叠方式下的电场耦合式无线电能传输系统

为了提升共享部分能量通道式的电能与信号并行传输系统在传输极板面积受限的应用场合中的能量传输性能,并实现信号双向高速传输,提出一种信号传输极板与能量传输极板层叠方式下的电场耦合式无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,EC-WPT)系统,给出系统拓扑及串扰抑制方法。基于交流阻抗分析法及香农第二定理,建立电能串扰增益、信号传输增益、信号最大传输速率及电能传输增益的数学模型,分析交叉耦合电容对电能串扰增益及信号传输的影响;以降低交叉耦合电容对信号传输增益及信号最大传输速率的影响为目标,给出层叠方式下EC-WPT系统信号传输极板面积及信号支路参数的设计方法。仿真与实验验证了所提出的系统及给出的方法能在较大传输功率下实现系统的信号双向高速传输。所搭建的实验装置实现了在系统输出功率达到520.2 W时,信号正向传输速度为18.64 Mbit/s和信号反向传输速度为19.36 Mbit/s。

磁耦合无线电能传输系统宽范围零电压开关实现方法

在磁耦合无线电能传输(MC-WPT)系统中,由于磁性材料和金属材料的存在,气隙变化会导致线圈自感和互感发生变化,这在小气隙应用中尤为明显。该文提出一种考虑线圈参数和负载变化的宽耦合范围零电压软开关(ZVS)实现方法。该方法使用移相调制(PSM)实现了系统的恒流/恒压(CC/CV)输出。通过优化线圈结构和补偿参数,自感变化转变为有利的可变输入阻抗,从而显著地拓宽了ZVS运行范围。同时,系统无功电流降到最小。为了验证所提方法的有效性,搭建一套250 W的实验装置,实验结果表明,在气隙变化范围10~60 mm,最大自感变化范围32.88~23.84μH,最大互感变化范围19.13~6.05μH内,系统实现了最小无功电流下的宽耦合范围ZVS运行,且具备CC/CV输出特性,峰值效率达到92.5%。

磁耦合谐振式无线电能传输系统的无模型自适应控制研究

为解决磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically coupled resonant wireless power transfer, MCR-WPT)系统因频率失谐而使得传输效率降低的问题,提出一种无模型自适应频率跟踪方法。该方法以发射端电流和电压间的相位差值为控制器输入,以控制器输出来调控发射端的交流电源频率;控制器设计不依赖于系统的精确数学模型,而且可通过伪雅可比矩阵的自适应估计律来提高应对发射端频率失谐的控制自适应性。MCRWPT系统的控制仿真结果表明,相比传统的PI控制,该方法不仅在较长的无线传输距离情况下能实现维持系统发射端的谐振工作状态,而且具有更好的谐振频率跟踪性能,对保持较高的系统无线电能传输效率具有明显优势。

基于电场耦合的电能信号并行传输系统串扰抑制方法

针对较大功率电场耦合无线电能传输系统信号双向高速传输的需求,该文提出一种基于部分能量通道的电能与信号并行传输系统的串扰抑制方法。通过对所提出的系统拓扑进行分析,给出了电能传输增益表达式与电能串扰增益表达式,并分析了阻波电路参数变化对电能串扰增益的影响;基于交流阻抗法及香农定理分别给出了信号传输增益及信道容量表达式,分析了信号支路参数对信道容量的影响;在综合考虑信号传输增益、信道容量及阻波电路参数敏感性的情况下,给出系统信号支路参数的设计方法。该方法能保证系统在较大功率下降低电能串扰,保障信号稳定传输,实现信号的双向高速传输。通过仿真与实验验证了所提出的拓扑和参数设计方法的有效性。搭建的实验装置实现了传输530.4 W的电能,23.28 Mbit/s信号正向传输速度和24.2428 Mbit/s信号反向传输速度。

基于磁耦合谐振式海下无线电能与信息共享耦合线圈分时传输方法

磁耦合谐振式无线电能传输和电场感应式无线电能传输是当前研究热点。能量传输往往伴随着信息传输,所以海下无线信息的传输也逐渐受到重视并发展。为此提出一种具有共享通道的无线电能与信息传输系统,使功率和信息可以在同一信道进行传输。在一个开关周期中,电能在前半个开关周期传输,数据在后半个开关周期传送。数据通过频移键控FSK(frequency-shift keying)调制方法进行调制,功率传输的频率设置为285.02 kHz。采用二进制频移键控2FSK(binary frequency-shift keying)调制方法,2个信号载波的频率分别设置为1 MHz和2 MHz。水槽实验平台采用35%盐水模拟海水环境。仿真和实验结果很好地验证了理论分析和计算,证实了电能和信息共享通道进行无线传输的系统对海下电气设备进行供电和数据传输的可行性。

具有恒压输出特性的电场耦合式动态无线电能传输技术

电场耦合式无线电能传输(EC-WPT)技术具有耦合机构轻、涡流损耗小和抗偏移性强等优势,这些优势很好地契合了动态无线电能传输系统的需求。但是,耦合参数和负载电阻的时变性会对EC-WPT系统的输出电压平稳性产生影响。因此,该文提出一种具有变负载与过分段恒压输出特性的动态EC-WPT系统。基于反混合G参数建立多端口电场耦合机构数学模型和等效电路,在此模型上提出兼具极板恒压与输出恒压特性的高阶补偿网络,并分析发射端同侧耦合对系统谐振的影响。理论分析表明,所设计的动态EC-WPT系统兼具变负载和过分段输出电压平稳的特性,同时论证了同侧耦合对系统谐振的影响为感性。实验结果显示,当直流侧负载从100Ω切换到30Ω时,系统输出电压变化率最大为11.58%,变负载电压基本恒定。30Ω负载下系统动态经过供电分段时输出电压跌落最大为2.33%,100Ω负载下系统动态经过供电分段时则为2.06%,过供电分段输出电压基本保持恒定。

基于电磁谐振耦合的无线电能传输系统传输能力估算与验证（英文）

首先研究了磁偶极子近场功率分布,并求得其中无功功率所占比例,以此为基础估算无线电能传输系统的最佳工作区域;其次,利用耦合模理论分析了典型谐振式无线传能系统,获得了以品质因数、耦合系数和角频率为变量的关于传输功率的函数;最后搭建了一套平板线圈谐振耦合无线传能样机,实验结果显示谐振频率为10 MHz时系统的最大工作距离为5 m,验证了所提出理论的正确性。

基于双LCL变补偿参数的磁耦合谐振式无线充电系统研究

为了简化磁耦合谐振式无线充电系统电路设计和控制的复杂性,提出一种双LCL变补偿参数的磁耦合谐振式无线充电系统,只需对部分补偿元件进行投切操作,即可实现恒流和恒压充电。首先利用二端口网络对系统原边、副边建模得到双LCL数学模型,分析实现恒流或恒压输出的参数配置条件;然后根据恒流和恒压参数配置特点,设计变补偿参数的电路结构;再根据仿真方法得出的关键参数与系统传输特性之间的关系,合理设计参数配置,使得磁耦合谐振式无线充电系统无复杂电路环节而且控制简单,还可实现原边电流和频率恒定;最后搭建实验平台,验证设计的系统输出的电压或电流波动较小,可以满足恒压和恒流充电的要求。

基于FPGA的磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制

磁耦合谐振式无线电能传输是无线电能传输领域的研究热点,保持系统工作在谐振频率是磁耦合谐振式无线电能传输的关键技术之一。为了解决磁耦合谐振式无线电能传输系统在工作过程中的谐振失谐问题,本文从理论上分析系统的失谐机理,提出基于自适应PI控制的可变模全数字锁相环的频率跟踪控制方法;建立基于PI控制的全数字锁相环的数学模型,分析PI控制参数对系统性能的影响;设计出一种对全数字锁相环的PI控制参数进行自适应调节且兼顾跟踪控制的速度和精度的自适应控制器;利用FPGA实现所提出的全数字锁相环;仿真结果表明,该全数字锁相环能够较好地实现相位和频率的跟踪功能;最后,在实验样机上进行验证,结果表明该方法可以在谐振频率变化时完成对频率的快速跟踪,使系统工作在谐振状态。

谐振式磁耦合无线电能传输系统传输特性及实验仪设计

利用磁耦合理论,分析了谐振式磁耦合无线电能传输系统的传输特性,开发了一种谐振式双线圈磁耦合无线电能传输实验仪.利用LED负载直观定性地观测了系统的传输特性,实验测量了发射线圈高频等效电阻及系统输出功率与信号频率、传输距离和负载的关系,获到了最大传输功率条件和频率分裂规律.实验表明,线圈在MHz频率下趋肤效应明显,频率越高,等效电阻越大;磁耦合无线电能传输系统的谐振特性不仅与频率相关,还与耦合系数相关;最佳全谐振时输出功率和传输效率最大.本实验仪可拓展测量RLC串联电路稳态特性,工作稳定,实验与理论吻合好.

基于E类逆变磁耦合无线电能高效率传输设计

针对无线电能传输(WPT)系统效率低的问题,提出了一种基于E类双管逆变器和FPGA频率跟踪控制的磁耦合谐振式WPT(MCR-WPT)系统。设计了双E类高频逆变电路,推导出带有E类逆变MCR-WPT系统传输效率的表达式。利用Multisim进行了电路仿真和分析,研究了线圈位置和半径对耦合系数的影响,得出了耦合系数、传输距离和有无频率跟踪对传输效率的影响曲线。研制了小功率WPT装置,在传输距离为8cm左右时,获得最大传输功率为98W,效率为84%。实验结果证明了理论分析的正确性。

磁耦合无线电能传输旋转变压器的设计与分析

接触式旋转电子设备具有易磨损、无电气隔离等缺点,不利于设备的安全可靠。提出了一种非接触式旋转磁耦合无线电能传输(ICPT)装置,由旋转松耦合变压器、S/LCC补偿谐振变换器和DC/DC变换器组成,具有电气隔离性好、灵活性高、安全性好等优点。为了验证分析和设计,制作了一个400 W的可旋转50 mm间隙的样机,并进行了测试,结果表明从直流40 V输入到直流40 V输出的总效率为84.3%。

磁耦合无线电能传输系统电磁干扰抑制研究进展

无线电能传输技术可有效提升电能补给的自由度和安全性,具有广阔的应用前景。电磁环境安全性是无线电能传输技术推广应用过程中必须要解决的问题。文中概括总结磁耦合无线电能传输系统电磁干扰抑制技术研究进展。从分析无线电能传输系统电磁干扰来源入手,介绍无线电能传输系统电磁场分析方法、电磁屏蔽效能评估方法;然后分别阐释在无线电能传输系统设计中抑制漏磁场、采取主动屏蔽、被动屏蔽等方法降低电磁干扰等提升系统电磁安全性的措施;分析近年来纳米晶材料、电磁超材料在无线电能传输系统电磁干扰抑制中的应用;最后,对该技术有待研究的关键问题及未来发展趋势进行分析和展望。

磁共振耦合无线电能传输系统的低频化研究

针对磁共振耦合传输系统低频化问题进行相关讨论,提出目前低频化的几种主要方式,包括改变线圈的几何尺寸、形状和结构、材料以及采用贴片方式,并对使用铜贴片进行了相关理论研究与仿真分析,在铜贴片和线圈相距0.1 mm时,谐振频率降到2.72 MHz,相比于未加铜贴片的情况谐振频率下降64.2%。合理采用铜贴片能够在一定程度上降低谐振频率,而系统的传输效率基本不受影响。

双边LCC感应耦合式无线电能传输系统的稳定性分析与效率优化设计

双边LCC感应耦合式无线电能传输系统的软开关特性易受系统参数扰动影响。为提高系统零电压软开关的稳定性,该文推导系统等效输入阻抗角模型和效率模型,对系统多拓扑参数进行扰动分析,并研究负载变化对系统等效输入阻抗角和效率的影响,给出关键参数配置方法。搭建一台工作频率为86kHz、输出功率2kW、传输距离15cm的实验样机验证了理论分析的正确性。仿真和实验结果表明,该方法具有较好的负载适应性。