电磁感应式无线电能传输系统一次电流效率优化配置

电磁感应式无线电能传输系统在包含多个接收模块时通过保持一次侧发射线圈电流恒定可以实现多个二次侧接收模块间控制的解耦。当接收模块通过DC-DC控制输出电压时,一次线圈电流可以在一定范围内灵活设定,这也带来了效率优化的空间。该文建立一次电流与电磁耦合机构效率之间的定量关系,得到效率最大的一次线圈电流最优值。基于系统参数进行不同一次线圈电流下耦合机构效率的计算。搭建无线电能传输仿真系统和实验平台,仿真系统的耦合机构效率测量结果与理论计算结果相同,实验测量的效率变化规律和最大功率点也与计算及仿真结果基本一致,从而验证了提高无线电能传输系统电磁耦合机构效率的一次线圈电流优化方法的有效性。

基于三级式可扩展多模块并联架构的低压大电流高距径比无线电能传输系统

在低压大电流高距径比磁谐振式无线供电场合,由于传输线圈间的耦合系数很小,因此功率器件和谐振元件的电流很大,导致系统损耗大,难以优化设计。为此,文中提出一种三级式可扩展多模块并联无线电能传输系统架构,利用基波分析法对双模块并联系统建模并分析其传输特性。为提升系统效率,对比3种输出级结构及其控制策略并遴选出一种最优拓扑。进一步地,提出线圈级具体参数设计方法以减小电压电流应力并实现输入级软开关。最后搭建一台距径比为1(30 cm/30 cm)的1 kW原理样机验证理论分析,对比3种不同输出级拓扑的性能。实验结果表明,系统最高效率可达75.2%。

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。

基于电磁感应的无线电能传输线圈结构研究与设计

无线电能传输主要包括电磁感应式、耦合谐振式和微波传输式这三种,文章主要设计电磁感应无线充电方式中耦合线圈的结构。针对高效率和多维自由度等指标,利用Ansoft Maxwell和实验平台对不同形式的电感线圈进行了分析和比较,得出较为理想的线圈形式,更好地满足性能指标的需求。

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。

基于恒流源补偿网络的电磁感应式非接触能量传输的LED驱动电路

电磁感应式非接触能量传输(inductive power transfer,IPT)的半导体发光二极管(light-emitting diode,LED)照明系统具有便利、灵活、安全等优点。为提高IPT的传输效率,IPT松耦合变压器两边需引入补偿网络。补偿后的IPT变换器输出特性十分复杂,其输出电压或电流与变压器参数、补偿结构和参数、开关频率和负载均有关。而LED负载的等效阻抗易随温度变化,松耦合变压器的磁场并不均匀,难以设计,这些问题使得IPT LED驱动器难以直接输出LED需要的驱动电流。针对此问题,该文提出一种基于恒流源补偿网络的IPT LED驱动电路,恒流源补偿网络使得IPT输出恒流,解耦电流与负载阻抗的关系,通过提出的变压器参数和补偿参数设计方法,采用定频占空比控制,可直接输出LED所需的电流,避免使用后级变换器,避免频率控制带来的频率分叉问题。该文还提出在给定变压器尺寸、气隙、负载范围、效率下的IPT系统综合设计方案。最后,搭建了一台20 W的IPT LED驱动电路,实验结果证明所提出的补偿网络可以准确实现与负载无关的恒流输出,避免无功环流,实现较高的传输效率。

电磁感应式手机无线充电系统研究

传统的有线式手机充电方式由于数据线的束缚以及插头的频繁插拔会对用户的使用带来束缚以及安全隐患。通过电磁感应无线电能传输技术(WPT)设计手机无线充电系统,有助于提高手机充电的便捷性以及安全性。从电磁感应充电原理、无线充电系统结构、工作流程以及影响无线充电传输效率的因素等方面进行研究。

基于磁耦合的谐振式无线电能传输优化方法

磁耦合谐振式无线电能传输系统在参数发生变化时,会产生谐振补偿电路失谐现象,且易受系统振荡器高频成分影响,导致电能传输效率降低。研究了一种基于磁耦合的谐振式无线电能传输优化方法。依据磁耦合传输原理,构建谐振式无线电能传输系统的数学模型,结合有效激活函数滤除振荡器的高频成分,跟踪系统谐振频率,以系统电能传输效率最大化为目标实现无线电能传输优化。仿真实验结果表明,所提方法能够很好地跟踪系统的谐振频率,增加电能传输效率。

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。

磁耦合谐振式无线电能传输系统变电容调谐控制方法研究

在实际应用中,无线电能传输系统两耦合线圈之间的相对位置变化会使系统参数发生改变,导致系统处于失谐状态,电能传输效率降低。针对系统失谐问题,提出了一种变电容调谐控制策略,通过控制电容的充放电时间使该电容等效为一个可变电容,调制等效电容值与线圈感抗满足谐振条件,从而使系统始终处于谐振状态,可使系统发射端线圈和接收端线圈之间的传输效率达到最高。建立仿真模型,搭建基于串联-串联型谐振补偿拓扑结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统实验样机,进行了变电容调谐控制实验。实验结果表明,在谐振频率为100 kHz、输入电压为20 V的情况下,样机能够实现无线电能稳定可靠传输,证明了该变电容调谐控制方法的有效性。

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。

基于电磁感应原理的隔离开关分合到位判断方法

隔离开关分合状况的智能、可靠判断对于电网调度发挥着重要作用。为满足隔离开关全面调度遥控操作的需求,至少需要2个非同源指示发生对应变化,为此提出了一种基于电磁感应原理的隔离开关分合到位判断方法,其判断结果可作为辅助判据。该方法通过在动触头侧安装无源接收线圈及电压感知元件,在静触头侧安装磁能发射线圈及控制装置,基于磁耦合谐振式无线电能传输原理,通过辨识开关分合运动带来发射、接收线圈间互感变化引起的感应电压变化实现隔离开关位置判别。研究首先分析了基于电磁感应原理的开关分合到位判别方法的原理及工作逻辑,然后建立系统模型,给出了参数设计准则及流程,最后搭建实验样机对所提方法进行验证。仿真及实验结果均表明,隔离开关动作过程中两线圈互感与感应电压间存在映射关系,通过设定合理的感应电压阈值,可以实现隔离开关分合状态的判断,验证了所提方法的有效性。

基于电磁感应的便携式无线充电方案设计

无线充电技术使电子产品使用更加便捷,同时可以有效减少有线充电器的重复资源浪费,具有良好应用前景。首先介绍了目前电能无线传输的主要实现手段,重点介绍了电磁感应电能传输技术的特点,最后设计了电磁感应便携式无线充电方案,给出了发射电路和接收电路的设计结果。

无线充电原理:电磁感应、无线电波及磁共振

无线充电器的工作原理利用的是法拉第电磁感应，当电流通过线圈之后，便会产生出磁场；而产生的磁场又会形成电压，有了电压之后便会产生电流，有了电流便可以充电。无线充电器便是这样摆脱电线的束缚的。目前最为常见的无线充电解决方案主要是：电磁感应，通过初级和次级线圈感应产生电流，从而将能量从传输段转移到接收端，该解决方案提供商包括英国Splashpower、美国WildCharge和Fulton Innovation等公司。无线电波是另一个发展较为成熟的技术，其基本原理类似于早期使用的矿石收音机。有公司研发的微型高效接收电路，可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。只需一个安装在墙身插头的发送器，以及可以安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器，就可将无线电波转化成直流电在约1米范围内为不同电子装置的电池充电。另一种尚在研究中的技术是磁共振，还有一种是激光束传输，但难点在于激光束需要固定通道。

磁感应耦合式无线电能传输系统效率分析及控制策略研究

磁感应耦合无线电能传输是无线电能传输方式的一种,该技术日趋成熟,已经被应用于许多行业,如电动汽车、电子产品、医疗设备、工业设备等行业。介绍了几种传统的无线电能传输方式的工作原理,并对比了这几种传输方式的优缺点。介绍了松耦合变压器的结构,并分析了不同补偿方式下,单补偿网络与双补偿网络拓扑的优缺点,进而确定试验中原、副边均采用串联补偿电容的拓扑结构。考虑变压器线圈内阻,计算谐振网络传输功率和效率与松耦合变压器互感值和系统工作频率之间的变化关系,再根据变化规律选择合适的工作频率和变压器互感值。对系统进行化简建模分析,搭建系统仿真模型,通过仿真验证了整个系统设计的可行性。

磁谐振式无线电能传输系统效率优化方法

为提高无线电能传输系统输出控制的可靠性和电能传输效率,提出了一种基于扰动观测法和谐振式模块化多电平整流器的控制方法。研究了不同负载条件下整流器输入电压电流相位差对系统导通损耗和效率的影响规律,通过扰动整流器输入电压电流相位差动态调整原副边无功功率实现系统效率优化,并利用整流器最高电平占空比独立调整系统输出电压。研制实验样机验证了该方法的有效性。与固定整流器输入电压电流相位差相比,该方法全面提高了不同负载和输出电压下的系统效率,利用功率分析仪PW6001测得输出电压为44 V、输出功率为100 W时最高电能传输效率为97.3%。

一种新型凹面磁耦合谐振式无线电能传输装置

目前文献中,市场上多采用平面发射线圈、平面接收线圈实现磁耦合谐振式无线电能传输,弊端是传输效率不高。针对此弊端,设计并自制一新型凹面发射线圈。利用磁通门传感器测量磁场分布,结果表明,凹面发射线圈的磁场分布较平面发射线圈明显向中轴线汇聚;搭建实验电路进行对比实验,结果表明,对于相同的平面接收线圈,凹面发射线圈较平面发射线圈传输效率明显提高,高达10%。

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。

感应式与电场式结合的无线电能传输系统的设计与实现

感应电能传输(IPT)系统能够实现大功率的高效传输,但当周围的金属体处于磁场中时,高频交变的磁场会在金属体上产生涡流,导致金属体温度升高,具有潜在的危险。电场式电能传输(CPT)系统不会在金属体上产生涡流,但依然存在极板电压过高、电场辐射范围大等问题。基于CL拓扑补偿的IPT-CPT结合系统可以解决以上问题,但传统的耦合器都是分开放置,体积较大,且结构松散。因此,本文提出一种集成式耦合器的结构及其设计方法。通过Maxwell仿真设计集成式耦合器的结构参数和电气参数,使其达到系统要求。最后,通过实验验证了集成式耦合器的优越性及参数设计方法的正确性,实验系统实现了1kW功率输出,整体效率为88.24%。本文为感应式和电场式结合系统提供了一种耦合器设计方法,能够有效缩小耦合器体积,同时耦合器中的极板能够阻隔磁场辐射。

感应式和电场式结合的无线电能传输系统研究

介绍了一种感应式(IPT)和电场式(CPT)结合的无线电能传输系统,该系统具有抗偏移能力强,传输功率高的优点,同时存在耦合器的设计比单独的IPT或CPT系统复杂,它们的尺寸和距离都受到相互制约的问题。为解决上述问题,提出了一种外加可调电感来改变感应式和电场式传输功率比的方法,能更加简便地实现不同功率比的系统。基于LCCL补偿的系统,设计了一个感应式和电场式传输功率比为3的结合系统,并验证了其可行性。