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。

电磁感应式非接触电能传输技术研究综述

非接触电能传输(CPT)技术可以使电气设备摆脱导线的束缚,极大地扩展电气设备的活动范围,提升特殊环境下供电的安全性能。针对目前CPT技术中应用较为广泛的电磁感应式非接触电能传输(ICPT)技术,首先论述了该技术的发展历程;然后以坡印廷矢量为理论基础,探讨了非接触供电技术的实现原理。将现有的CPT技术按实现原理进行了分类,将磁共振式非接触电能传输技术归入ICPT技术分类;系统性地分析了ICPT技术的主要技术难点,指出耦合器耦合系数低是ICPT技术的主要技术问题,其他问题是在该问题无法解决时采用其他技术弥补而产生的。最后,论述了ICPT系统的主要关键技术及现有解决方案。

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。

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。

电磁感应式随钻数据传输系统的研究

针对现有钻井液脉冲无线随钻测量技术不能满足钻井新技术发展要求的问题,对基于电磁感应式智能钻杆通信技术进行了理论及试验研究。该技术是一种利用电磁感应原理通过非接触的耦合方式进行信号传递的通信方式,非接触式耦合器是其关键部分。实验室模拟智能钻杆研究表明,对实际电感线圈建立合理的等效电路模型是其技术难点之一,而中继节的电路必须进行适当的信号调理滤除干扰噪声,同时还必须考虑电池供电带来的功率限制问题。实际应用中,还需考虑到外界的电磁干扰、系统所处的高温环境以及震动等影响因素。

非接触式松耦合感应电能传输系统原理分析与设计

给出了非接触式松耦合感应电能传输的基本原理,讨论了影响系统电能传输的关键因素。针对不同的应用场合,对原副边进行了补偿设计,提高电能传输效率和减小供电电源的电压电流定额。并对系统稳定性和可控性问题进行了讨论。最后,基于以上分析,给出非接触式松耦合感应电能传输系统的一般设计方法。

感应耦合式非接触电能传输系统的设计

基于电磁感应原理,运用现代电力电子能量变换技术和控制方法,实现供电线路和用电设备之间的非接触电能传输。通过对初级变换器拓扑选择及主要元器件参数的分析,提出非接触电能传输系统的设计,并对系统的效率和补偿等关键问题进行了仿真及实验研究,提高了系统的传输效率。

小型非接触式电能传输系统的设计与实现

根据非接触式电能传输系统的实际应用,提出了该类系统的设计原则,并讨论了两种具体实现方案。针对以高频逆变原理为核心的系统构成,分析了其各组成部分的具体设计,给出了实验电路及参数,实现了一套完整的非接触式电能传输系统的样机。在此基础上,对样机进行了性能测试,给出了实验波形和测试数据。结果表明,该样机在气隙为7mm时,耦合器的耦合系数达到0.415,样机整体效率达到56.7%,这为非接触式电能传输系统实现大气隙、高效率的实际应用提供了实验依据。

复合谐振型非接触电能双向传输模式

针对单级谐振的双向电能传输方式所存在的谐振容量小及器件应力大等缺点,提出一种基于LCL复合谐振的对称拓扑双向电能传输模式.建立了系统的交流阻抗模型,推导了系统输入输出增益,并分析了不同负载下系统的频率响应及不同负载与耦合系数下输出功率特性.在此基础上,给出一种基于能量注入和自由振荡双工作模式切换的输出电压调节方法,并给出一种切换占空比控制方法以保证输出电压的恒定.仿真与实验数据表明:基于双工作模式的双向电能传输模式能有效地实现能量双向传输,输出的电压纹波始终小于0.3 V,同时该模式还具有相对简单、易于实现的特点.

海洋浮标的非接触式电能与数据传输

提出一种新的基于电磁感应原理的非接触式海洋浮标电能与数据传输系统,设计了新型传输缆与电磁耦合器,建立了传输系统的数学模型,提出了优化传输效率的方法,在理论上提出并证明了降低传输缆电感的方法。实验表明该系统能够为水下仪器设备提供一定的电能功率,双向数据传输波形失真较小。水下钢缆上的设备安装方便,可以随时、随地安装或拆除,钢缆生产与仪器挂载两道工艺完全分离。解决了为每个浮标系统特别定制钢缆的问题,降低浮标生产和投放成本。

非接触电能传输系统双模控制式交直交变换器

针对传统非接触电能传输系统中初级回路主电路的不足,提出了一种可工作于Buck和Boost2种控制模式的新型交直交变换器,该变换器不仅有效地解决了传统非接触电能传输系统中大容量滤波电容和DC/DC调压环节所引起的电流冲击、成本高、控制复杂等问题,而且通过2种模式的切换和其对应的开关管占空比的调节可实现输入电压大范围波动时的谐振电流恒幅控制。分析了该变换器的拓扑结构和工作原理,阐述了变换器在2种模式下的切换控制策略,并给出了仿真验证结果。

植入式设备非接触电能传输系统的研究进展

人体植入式医疗设备的非接触电能传输作为一种实用的生物医学技术,在持续稳定供电方面具有其他供电模式不可比拟的优点,其迎合了患者对安全、健康、舒适的需求,在医疗行业有着广阔地应用前景。文中以综述的形式对比了植入式设备的几种电能传输方式,重点对经表皮的非接触电能传输技术的特点进行分析,总结了其变参数条件下的控制方式和非接触变压器结构的优化方法的研究。

基于电磁感应原理的随钻数据传输方式的研究

本文介绍一种适用于随钻仪器高速数据传输的方法,它利用钻杆接头处线圈间的电磁感应耦合原理实现信号的非接触式传输。

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。

回转式非接触超声电能传输装置有限元仿真和实验研究

对回转式非接触超声电能传输装置进行了有限元仿真分析,得出了其磁力线图、磁场分布云图和磁芯磁场在空气中分布矢量图,以及在不同磁芯线圈间距、不同副边磁芯线圈转速情况下回转式非接触超声电能传输装置的耦合系数、互感曲线、自感曲线和漏感曲线,并搭建实验平台对回转式非接触超声电能传输装置进行了实验研究,验证了有限元仿真结果的正确性。

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.

基于E类功率放大器的非接触感应耦合电能传输系统

为了提高非接触感应耦合电能传输系统的可靠性,提出了一种基于E类功率放大器的拓扑结构.将发射线圈和接收线圈的耦合电感进行等效变换,把发射线圈的漏感作为E类功率放大器谐振单元,把励磁电感作为折算后负载电阻的匹配电感.在电能非接触传输的同时实现了阻抗变换,把等效负载电阻限制在一定的范围内.提出的拓扑结构简单,无需额外的补偿网络.并且负载电阻变化时,均能满足E类功率放大器的零电压软开关条件.仿真和实验结果验证了新拓扑结构电路的可行性.

基于电磁耦合机构的非接触电能传输系统

基于非接触电能传输技术的研究,设计了非接触电能传输系统的供电机构、耦合机构和受电机构三大基本模块。对系统的整流滤波和高频逆变电路进行了仿真实验,整流输出电压波动小于6%,谐振逆变电路输出信号频率达1000Hz以上。采用低频信号发生器作为供电机构对系统进行了性能测试,给出了500Hz下的空气间隙与电压传输效率的实验关系曲线,随空气间隙增大,电压传输效率降低。

回转式非接触超声电能传输装置研究

通过理论分析、有限元仿真和实验研究,对超声内圆磨削系统中回转式非接触超声电能传输装置的磁芯材料、线圈绕法、磁芯线圈间距和磁芯结构进行选取和优化,并对应用了该回转式非接触超声电能传输装置的超声振动内圆磨头进行实验研究,验证该装置设计方案的合理性和实用性。

非接触式磁感应充电装置的设计

非接触式磁感应充电系统相较于传统的有线充电方式具有布置灵活、使用便利、安全可靠等绝对优势。基于此,在对非接触感应耦合电能传输系统的原理与结构的基础上,探讨了最佳功率传输特性和多负载状态下的功率传输特性。研究结果表明:在传输相同电能的条件下高频系统的最佳功率传输特性更优;在多负载条件下捡拾器数量应在系统允许范围内才能确保频率不会发生偏移现象。