感应耦合电能传输系统互感耦合参数的分析与优化

针对感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统能效(传输功率和效率)优化问题,分析了互感耦合参数对4种典型拓扑结构ICPT系统能效的影响,并优化互感以提高系统的功率传输能力,同时,对优化得到的互感耦合参数的适用条件给出了限制;此外,针对原边采用串联补偿拓扑结构的ICPT系统在最大功率传输条件下,系统效率偏低的现象,提出一种新的系统综合评价指标。在满足系统输出功率的基础上,该指标综合考虑了系统效率、成本和可靠性等其他因素。通过在该指标下对系统的互感耦合参数进行优化,在满足功率传输的基础上,实现了ICPT系统的全局最优设计。最后,通过仿真和实验研究,证明了理论分析的正确性。

基于LCL谐振型感应耦合电能传输系统

在传统感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统拓扑中,系统谐振频率漂移会引起传输效率下降。针对该问题,提出一种新型的基于LCL谐振型ICPT系统拓扑。采用基波分析法对其等效电路模型进行分析,得出不同品质因数下,系统的电压、电流增益与开关频率的特性曲线,并分析得出该拓扑具有较高的功率因数。为实现了ICPT系统软开关,提出了谐振元件参数优化设计的方法。基于所优化的参数结果,分析了品质因数和耦合系数的选择对谐振元件电压电流应力的影响。最后,设计了一台基于LCL谐振型ICPT系统样机,实验结果证明了所提方法的可行性。

新型多负载变拓扑感应耦合电能传输系统

为解决传统多负载感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统存在的问题,提出一种新型多负载变拓扑感应耦合电能传输系统。该新型ICPT系统主要采用可变拓扑的高频逆变器,通过检测负载信息,系统可根据任一时刻供电负载的数量,自动改变逆变器工作结构,只让需要供电的负载所对应的原边线圈处于工作状态,从而基于"点对点"模式实现负载高效无线供电。仿真与实验验证了该新型多负载变拓扑感应耦合电能传输系统的可行性,对桌面多负载无线供电领域的设计与应用有着广泛的应用指导意义。

感应耦合电能传输系统不同补偿拓扑的研究

比较了感应耦合电能传输(ICPT)系统的拓扑。讨论了ICPT系统中几种不同的补偿形式,包括单谐振补偿和多谐振补偿拓扑,并推导出匝比为1时每种拓扑的电压电流增益。为了最小化器件的电压电流应力和优化参数设计,介绍了谐振电路功率因数的概念。由分析结果及得到的曲线图可知,在单谐振补偿拓扑中,一次侧串联补偿与其余几种相比更能抵消漏感的影响。而几种多谐振补偿拓扑的效果则明显优于单谐振补偿拓扑。分析和比较了不同参数变化时的特性曲线,以便于进行电路设计。最后以一次、二次侧都进行并联补偿的一种电流型ICPT电路为例进行实验验证,以说明实际系统的性能。

感应耦合电能传输系统输出功率调节方法

高效调节输出功率是感应耦合电能传输系统的关键问题之一。文章分析了调幅、调频、移相以及能量注入控制四种基本功率调节方法的工作原理及其特征。根据移相控制改变逆变器移相角调节输出功率的特点,提出了一种新型基于谐波的移相控制功率调节方法,推导了从基波切换为各次谐波的移相角以及各次谐波工作下合理的移相角范围。该方法采用谐波替代基波传递功率,在输出同样功率情况下可降低器件开关频率。本文以3次谐波为例,通过实验验证了新型功率调节方法的有效性。

基于动态方程的电流源感应耦合电能传输电路的频率分析

分析了一种电流源感应耦合电能传输(inductivelycoupledpowertransfer,ICPT)系统的动态特性,着重探讨了电路的谐振频率。基于其一个周期内各阶段的状态方程,得到每个阶段各状态变量的通解,详细讨论了其不同的谐振频率。除了一个共有的频率之外,在变压器的一次、二次侧还分别有各自的谐振频率,该文根据实际参数的取值范围,得到频率在不同条件下的简化表达式。经分析,这两个频率在某些条件下只与各自这一侧的参数相关。对电路的参数设计给出了一些限制条件,实验验证了分析的结果。

感应耦合电能传输技术的研究现状与应用分析

电能传输是能源利用的一个重要方面,近年来兴起的非接触供电方法能够解决传统导线传输电能的一系列不利因素。介绍了非接触供电技术的特点和主要类型,对比几种非接触供电的方法,着重给出研究较为成熟的感应耦合电能传输(Inductively Coupled Power Transfer,简称ICPT)技术的原理、特点及适用领域。以该领域发表的论文、专利及相关报道为切入点,重点分析并介绍了近年来国内外相关研究现状、进展及最新成果。最后总结预测了该项技术的发展趋势和应用前景,对国内在非接触供电系统领域开展研究具有一定参考意义。

原副边串联补偿的电压型耦合电能传输系统设计

在分析变压器原副边串联补偿的电压型感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统的电压传输函数主要参数的基础上,给出一种基于电压传输特性的ICPT系统参数设计方法。基于电路的建模和分析,给出系统的电压增益函数。以一手持式电子设备充电平台的应用为例,讨论系统主要参数变化对电压增益特性的影响,并给出部分参数的取值范围。基于模型参数的分析结果,给出了电压型ICPT系统的参数设计过程。实验结果证明了模型的准确性和所提方法的可行性。

基波—谐波双通路并行感应耦合电能传输系统的电磁耦合机构

为解决现有基波—谐波双通路并行感应耦合电能传输(ICPT)系统研究采用双通路电磁耦合机构分离式设计导致体积较大、抗偏移特性较差等问题,提出了一种双通路正交DD电磁耦合机构,可实现基波能量通路与谐波能量通路电磁解耦。首先,对该电磁耦合机构的解耦机理进行分析,并利用Maxwell仿真软件对其结构参数进行优化分析,同时给出了优化设计方案,之后对双通路正交DD电磁耦合机构的横向和纵向偏移度进行分析,最终搭建系统实验平台对理论分析进行验证。实验结果表明,该电磁耦合机构发生横向或纵向偏移时,均可实现基波能量通路与谐波能量通路两通路之间的电磁解耦,验证了该电磁耦合机构的可行性与抗偏移特性。

感应耦合电能传输系统中能量与信号反向同步传输技术

针对感应耦合电能传输(ICPT)系统电能与信号同步传输方法中信号反向传输的优化问题,在深入分析已有文献的基础上,采用信号并联注入、串联拾取的能量信号反向同步传输拓扑,并提出其参数设计方法。该拓扑充分将ICPT系统的谐振电感考虑到载波信号发射电路中,增强信号发射强度;通过LC谐振回路的选频滤波及放大作用提升信号接收强度;同时,基于交流阻抗分析法对拓扑参数进行了建模分析和优化设计。最后,通过仿真和实验验证了拓扑及参数设计方法的可靠性与有效性。

宽温度范围下感应耦合电能传输系统软开关技术

以石油钻井装置中的电能无线传输技术应用为背景,针对宽温度范围下系统参数变化导致系统偏离软开关工作点,造成系统传输性能下降甚至无法工作的情况,通过实验分析研究,给出感应耦合电能传输(ICPT)系统主要参数随温度变化的规律;基于频闪映射建模方法和周期不动点理论对主电路进行建模分析,给出系统谐振频率随温度变化的关系,为调整驱动频率实现系统软开关控制提供依据;提出一种查表法和扰动观察法相结合的控制方法,实现了ICPT系统在宽温度范围下的软开关控制。最后,通过仿真和实验验证了所提理论和方案的可行性和有效性。

电流型松散耦合电能传输系统的建模分析

在介绍了松散耦合电能传输(ICPT)系统的基本概念和结构的基础上,对其特性进行了一些讨论,利用互感模型提出了一种对电流型ICPT系统建模的方法。由等效电路图,经过合理的近似和等效变换,对该系统进行了建模分析,并基于Steinmetz方程,对变压器的损耗进行了一些探讨,该模型可以用来较为精确地估算系统容量、输出电压、谐振频率等。最后通过实验进行了验证。

感应耦合电能传输系统软开关死区时间优化

谐振网络为感性并且合理设置逆变器的死区时间能够保证感应耦合电能传输系统的软开关运行。针对死区时间设置问题展开研究提出一种在全负载和全频率范围内实现软开关的死区时间优化设计方法。首先,建立感应耦合电能传输系统系统数学模型,简述其工作原理。其次,详细分析功率场效应管开关过程中其结电容的充放电过程以及体二极管的续流过程。研究表明最优死区时间应该介于结电容放电完毕之后和体二极管续流结束之前。然后,讨论死区时间的优化设计方法。最后,对一台57W的感应耦合电能传输系统实验样机进行死区时间优化设计。实验结果表明,基于此设计方法感应耦合电能传输系统的功率场效应管能够实现软开关。

基波-谐波双通路并行感应耦合电能传输系统

为解决现有感应耦合电能传输(ICPT)系统主要利用逆变器输出方波中的基波分量进行电能传输所带来的输出调压范围不够宽、调压精度及系统效率不够高等问题,基于谐波的高频特性与能量特性,提出一种基波—谐波双通路并行ICPT系统,通过在逆变器输出之后建立基波能量通路与谐波能量通路,对逆变方波中的基波及谐波分量进行提取、利用,以拓宽系统的调压范围,同时提高了系统效率。首先,阐述了基波—谐波双通路并行ICPT系统的工作机理;接着,分析了系统关键参数对系统效率与选频特性的影响;然后,结合该系统基本思想,提出一种宽范围调压方法;最后,通过实验验证了基波—谐波双通路并行ICPT系统原理的正确性与调压方法的可行性。

感应耦合电能传输系统动态解谐传输功率控制

提出一种感应耦合电能传输(ICPT)系统的动态解谐传输功率控制方法。对相控电抗器进行动态切换,通过改变其导通延迟角来改变导通电流大小,使得ICPT系统的电能拾取侧谐振或解谐,在负载端获得稳定的输出电压,同时实现对传输功率的控制。导出了动态切换的相控电抗器的等效电感,分析了等效电感对输出电压及传输功率的控制作用。根据负载稳定时输出电压与导通延迟角之间的变化曲线获得了保持输出电压恒定的控制方法。相控可变电抗器实现了软开关动态切换,有效地降低了系统的功率损耗。利用该动态谐振/解谐控制方法,系统的最大功率传输性能得到了保证。计算机仿真结果验证了该方法的优良传输功率控制性能。

面向最优效率的潜标耦合电能传输系统

将耦合电能传输技术应用于潜标系统,能够为其携带的通信信标,提供无电气接触的充电功能。但由于信标与潜标的间距会发生变化,导致系统处于偏谐振状态,系统效率降低。本文首先分析耦合线圈随间距变化的规律,并对系统进行建模,分析系统偏谐振状态下线圈耦合效率与频率的关系;利用仿真验证了通过搜索算法调整工作频率,实现系统效率提升的可行性;建立线圈间距可变的系统样机,验证搜索算法对于系统效率提升的有效性。实验表明,当线圈间距变化时,搜索算法能够实现系统效率的提升。粒子群搜索算法的最大效率相对定步长扰动观测法提升3%,并且受到初始中心频率的选择影响较小,具有很好的鲁棒性,能够用于提升系统在线圈间距变化时的传输效率。

新型无接触感应耦合电能传输技术研究综述

阐述了无接触感应耦合电能传输技术的工作原理,给出了感应耦合电能传输技术的基本定义.对松耦合变压器的典型物理结构进行了分析与比较,对无接触感应耦合电能传输系统主电路拓扑结构进行了深入研究,得出了系统在不同结构下的等效电路,推导了不同漏感补偿拓扑下的补偿参数.分析了无接触感应耦合电能传输系统中高频逆变器结构及性能,并对系统的功率传输及控制情况进行了分析.结合目前无接触感应耦合电能传输技术的研究现状与不足,探讨了无接触感应耦合电能传输技术的发展趋势与研究方向.

LCL补偿型浮标感应耦合电能传输系统特性

感应耦合电能传输（ICPT）可用于浮标系统水下传感器的长期稳定可靠供电。在此建立LCL补偿型浮标ICPT系统的模型,分析得出不同负载下,谐振点处该结构的输出功率和效率都较高;分析水下次级绕组LCL补偿与串联补偿的区别,当次级品质因数小于1时,LCL补偿输出功率更大;进而提出补偿电路的设计思路;建立LCL补偿型浮标ICPT系统实验平台。实验表明系统在12 V电源条件下,输出功率最高达到18.637 W,效率达到0.649,且能实现恒流输出,证明了设计的合理性,提升了系统性能。

电场耦合电能传输系统层叠式耦合机构漏电场抑制方法

随着电场耦合电能传输(ECPT)系统功率和传输距离的提高,系统耦合机构极板上的电压也会不断增大,给周围环境带来漏电场辐射问题。针对耦合机构漏电场抑制问题,文中提出了一种新型的层叠式耦合机构。在对新型层叠式耦合机构进行建模分析的基础上,以双侧LC补偿网络的ECPT系统为例,推导了极板电压的计算表达式。对耦合机构外侧极板电压的主要影响因素进行分析,提出了一种以抑制系统漏电场为目标并兼顾系统传输性能的系统参数设计方法。通过仿真,验证了所提出的耦合机构及参数设计方法对漏电场抑制的可行性和有效性。

感应耦合电能传输系统稳定域的分析

感应耦合电能传输(inductive coupled power transfer,ICPT)技术是目前应用最为广泛的无线电能传输技术.应用软开关技术能提高ICPT系统的效率,但同时也带来了多软开关工作点(频率分叉)问题,使系统呈现复杂的动态特性.通过求解极限环的稳定域(region of stability,RoS)可以对其背后的原理进行很好的解释.本文以串联谐振型ICPT系统为例,首先对其建立了分段线性模型与碰撞映射模型,并利用ICPT系统的对称特性将碰撞映射模型进行了简化.通过理论分析,推导出基于二次型李雅普诺夫函数的稳定性判据.设计算法,以稳定性判据为约束条件,RoS体积为目标函数,通过遗传算法实现了RoS的求解.最后通过实例对此方法进行了验证.相比于现有方法,本方法求得的RoS体积更大,从而更好地解释了软开关ICPT系统的动态特性.本文所提出的方法也可用于求解其他分段线性系统的极限环RoS,为这类系统的研究与设计提供了一定的参考.