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。

磁耦合谐振式无线电能传输系统线圈结构参数优化方法

谐振线圈是磁耦合谐振式无线电能传输(magnetic coupling resonance wireless power transfer,MCR-WPT)系统的核心部分,线圈参数决定了系统电路的谐振参数,进而决定系统的能量传输效率。现有研究只考虑了近距离四线圈及以下MCRWPT系统建模及其线圈参数优化。为了实现中远距离高效无线传能,构建了一种六线圈MCR-WPT系统模型,并以线圈结构参数为优化变量,通过分析限制交叉耦合与频率分裂的条件建立优化变量约束函数,以线圈互感与线圈内阻之比为目标函数,设计了一种基于灰狼算法的定线圈间距六级MCR-WPT系统参数优化方法,并通过仿真进行了验证,结果表明,其最优传能效率达93%,所构建的六级MCR-WPT及其参数优化方法有效。

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。

磁耦合谐振式无线电能传输系统串并式模型研究

磁耦合谐振式无线电能传输系统具有传输效率高、距离远、功率大的特点。针对串并式模型(Series-Parallel Model,SP)进行分析,从等效电路的角度研究系统传输效率及输出功率与线圈距离、工作频率、负载电阻之间的关系,得到效率及功率的表达式。通过Matlab仿真,发现在只改变系统频率的情况下最佳效率工作频率与最大功率工作频率重合,且输出功率对频率的变化更为敏感。设计制作了一套串并式结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统,通过实验验证了前述分析的正确性。

磁耦合谐振式无线电能传输系统的频率特性

针对磁耦合谐振式无线电能传输技术的传输效率随着发射设备与接收设备距离的变化而波动的问题,采用频率特性的新方法分析无线电能传输系统得到了对实际系统设计具有关键指导作用的结果,其中包括频率分裂特性和最大传输距离。利用频率分裂规律对不同距离的效率进行频率跟踪补偿可以提高系统传能效率。通过设计的相关的实验电路验证了频率分裂特性与系统最大传输距离(临界耦合点)理论分析的正确性,为提高无线电能传输功率和距离提供有效的参考。

磁耦合谐振式无线电能传输系统的仿真与实验

针对无线电能传输系统中传输功率小、传输效率低和传输距离短的问题,提出了一种增加中继线圈的新结构。基于磁耦合谐振式无线电能传输系统的工作原理,为增强系统耦合性能,在电源线圈与负载线圈中增加了中继线圈,并分析了其系统模型及传输功率公式。通过ANSYS有限元分析软件对不同数量中继线圈的实验系统进行电磁仿真,绘制了不同距离的磁感应强度空间分布图。最后,搭建了一个磁耦合谐振式无线电能传输实验台,根据负载功率变化与线圈距离的关系,验证了数值仿真的正确性。仿真和实验结果表明:增加中继线圈的数量能够有效地增强空间磁感应强度,对提高传输效率和增加传输距离有显著作用。

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。

磁耦合谐振式无线电能传输系统阻抗分析与匹配电路设计方法

针对无线电能传输系统中阻抗失配引起的效率低和烧毁射频功放等问题,综合考虑耦合因数、电源和线圈内阻,利用互感耦合理论对四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统中射频功放的负载阻抗进行等效分析;并针对通过改变系统互感系数来调整阻抗难以达到理想效果的缺陷,提出和设计阻抗匹配电路方法来调整阻抗。根据阻抗特性设计了π型结构的阻抗匹配电路,给出了系统器件参数的计算方法和结果。最后设计了基于磁耦合谐振技术的无线电能传输装置,并进行了阻抗匹配实验,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。也为进一步研究自适应阻抗匹配,提高无线电能传输功率和效率提供了有益的参考。

磁耦合谐振式无线电能传输系统谐振方式分析

磁耦合谐振式无线电能传输系统在实际设计中具有传输效率高,结构简单,实用性强等特点。从等效电路的角度研究了单发射-单接收谐振模式中串联-串联式、串联-并联式、并联-串联式和并联-并联式4种谐振模型下系统传输效率。经过数值仿真,得出了每种谐振模型下系统传输效率和输出功率与系统振荡频率、传输距离及带负载能力之间的变化关系,发现每种谐振模型各有其适用工况,总结出了在设计中如何根据实际情况选择适当的谐振方式来达到最佳的传输效果:当所设计的系统供电对象为小负载且仅需较小的传输距离时,采用串联-串联谐振模型能够达到较好的传输效果;当需要具有较远的传输距离和较强的带负载能力时,应采用串联-并联谐振模型;当无法实现较高的系统谐振频率时,应采用并联-并联谐振模型。最后根据4种谐振模型,实际设计制作了4套磁耦合谐振式无线电能传输系统,验证了上述分析的正确性。

磁耦合谐振式无线电能传输系统改进

在三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统的基础上,改进了系统线圈结构。根据电路互感耦合理论,推导出改进三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统传输功率和传输效率的数学理论表达式,阐述了耦合因数对传输功率与传输效率的影响。应用Or CAD与MATLAB软件对传输系统各个影响因素进行仿真分析,设计并制作了试验平台。仿真与试验结果表明:系统存在最佳功率传输和最佳效率传输,并提高了系统整体的传输距离。

LCL型磁耦合谐振式无线电能传输系统的设计方法研究与实现

为提高磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统的输出功率与输出稳定性,采用互感模型对LCL-S型MCR-WPT拓扑结构的等效电路进行了分析,获取了输出功率和传输效率的表达式,提出了系统参数配置方法;完成了应用于小功率用电设备的LCL-S型MCR-WPT系统的参数配置,设计了工作频率为124 kHz、发射线圈与接收线圈间距为12 cm的LCL-S型MCR-WPT系统;通过仿真分析与实验设计,研究了实际应用的负载动态性及发射线圈和接收线圈相对位置的不确定性对设计系统传输特性的影响。分析与实验结果表明:通过对LCL型MCR-WPT系统进行合理参数配置,可提高系统的输出功率和输出稳定性,其中输出稳定性提高了4%。

宽频磁耦合谐振式无线电能传输系统特性分析

首先建立电路模型,结合互感计算,对磁耦合谐振式无线电能传输特性进行建模和仿真分析,研究发射线圈和接收线圈电感值的选择对系统传输特性的影响,建立传输距离、谐振频率与负载功率、传输效率等传输特性的关系,为发射和接收谐振回路的参数设计提供详尽的理论依据;其次分析宽频E类功率放大器特性,为电路在宽频带工作状态下保持较高的系统效率提供了解决方案;最后通过实验分析,对理论推导和仿真结果进行验证。

磁耦合谐振式无线电能传输系统功率优化

以互感理论分析了磁耦合谐振式无线电能传输系统原理,介绍了阻抗匹配理论及相应的参数计算方法,提出将收、发线圈互感的变化等效成系统阻抗参数的改变,建立了含有阻抗匹配器的磁耦合谐振式无线电能传输系统模型。仿真结果验证了在相同的条件下,具有阻抗匹配器的磁耦合谐振式无线电能传输系统可有效提高负载功率。

磁耦合谐振式无线电能传输系统的四线圈模型研究

针对目前磁耦合谐振式无线电能传输系统的四线圈结构理论不完善的问题,提出了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统的互感耦合理论模型,并用Matlab对四线圈无线电能传输系统的传输效率与线圈尺寸、互感系数和距离等参数之间的关系进行了详细的仿真分析。最后,搭建了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统实物模型,测量并分析了不同线圈间的距离对系统传输效率和负载电压的影响,验证了理论分析与实验数据的一致性,为分析磁耦合谐振式无线电能传输的四线圈结构提供了新的理论依据。

磁耦合谐振式无线电能传输系统中线圈谐振特性研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统中激励线圈与发射线圈是否谐振、接收线圈与负载线圈是否谐振,建立了4种结构模型;采用电路理论,详细分析了4种结构模型下的等效阻抗,并通过Pspice仿真重点分析了在相同参数下4种模型的输出功率。仿真结果表明,激励线圈与发射线圈谐振且接收线圈与负载线圈不谐振时的结构输出功率最大,且在大负载情况下,仍具有高效率。在电源频率为13.56 MHz,发射线圈与接收线圈的距离为26.8cm,耦合系数为0.2,负载为32Ω的情况下采用此模型,输出功率达到136.25 W。

磁耦合谐振式无线电能传输系统传输特性分析

建立了磁耦合谐振式无线电能传输系统的电路模型,分析了传输功率、传输效率与输入频率、传输距离、负载之间的关系。仿真和实验结果表明:在不出现频率偏移的情况下,当系统输入频率与激励线圈回路的谐振频率相同时,传输功率和传输效率达到最大;随着传输距离的增大,传输功率先增大后减小,存在最佳的传输距离使得传输功率最大,而传输距离越小则传输效率越高;随着负载的增大,传输功率和传输效率先增大后减小,存在最佳的匹配负载使得传输功率和传输效率最大。

大功率磁耦合谐振式无线电能传输系统实验研究

阐述了磁耦合谐振式无线电能传输系统的系统结构、工作原理及其线圈选型。磁耦合谐振式系统具有传输距离比感应耦合式长、传输效率也相对较高等特点,可以实现对电动汽车的大功率、长距离、高效率无线充电,故在电动汽车领域具有良好的应用前景和研究价值。充分发挥电动汽车分布广泛、清洁环保等优点;并通过实验详细测试了所搭建磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输特性,从而验证了磁耦合谐振式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的分析与设计

分析并设计实现了一种基于脉冲驱动的磁耦合谐振式无线电能传输系统。介绍并阐述了磁耦合谐振式无线电能传输技术原理及其优越性。分析了脉冲驱动式磁耦合谐振无线电能传输系统中脉冲驱动频率fs及脉冲驱动占空比Don等相关参数对系统传输效率、功率的影响。对所提出的无线电能传输系统进行实验测试,实验结果表明,需综合考虑上述相关参数,以达到传输效率、传输功率的最优化设计。实验结果表明了理论分析的有效性。

非对称磁耦合谐振式无线电能传输系统研究

根据非对称磁耦合谐振式无线电能传输系统的等效模型,指出了磁耦合谐振式无线电能传输为磁耦合感应式无线电能传输的特殊情况,即磁耦合谐振式无线电能传输只有在谐振频率处才能实现远距离能量传输;给出了抑制频率分裂的方法,即通过调整发射线圈和接收线圈轴线方向的偏转角度和径向距离来削弱互感系数,提高接收线圈的峰值电压;搭建了非对称磁耦合谐振式无线电能传输系统实验平台,实验结果验证了理论分析的正确性。

改进发射端的磁耦合谐振式无线电能传输系统

为提高磁耦合谐振式无线充电系统的传输效率,提出了改进发射端的无线电能传输模型并建立了无线电能传输系统电路模型,讨论了输出功率与传输效率与线圈耦合系数和负载电阻的关系。在线圈谐振状态下,为得到最佳传输效率,研究了耦合系数与负载电阻的取值要求。最后,通过搭建实验平台,验证了系统在谐振状态下,激励线圈与发射线圈的耦合系数为0.8,发射线圈与负载线圈的耦合系数为0.157,负载电阻为150Ω时,传输效率能达到97.3%。