LCL型非接触电能传输系统电路特性分析及参数配置方法

将二端口电路理论引用到非接触电能传输(CPT)系统中,通过二端口理论对LCL复合补偿型CPT系统进行建模分析,发现了其输入与输出电压间的倍数关系。同时,对耦合机构进行了重新建模,使其分析变得简单明了。在此基础上,给出了整个系统的参数配置方式,并分析了其输出电压和功率、效率特性。为证明此参数配置方式优越性,推导了SS型CPT系统的输出功率公式,并进行对比。结果发现所述方式能够输出更大的电压和功率,仿真和实验同样证明了所述结论。

基于阻抗变换的稳频高效非接触电能传输系统

为提高非接触电能传输系统在变负载工作模式下的频率稳定性和效率,提出了基于阻抗变换的稳频高效非接触电能传输系统设计方法.根据开关变换器可实现阻抗变换,在非接触电能传输系统副边结构中加入开关变换器,通过控制开关变换器中开关管占空比进行负载电阻的等效变换,并优化设计系统谐振补偿参数;通过对系统谐振网络以及阻抗变换电路的分析,推导出了系统关键参数设计的计算公式及阻抗变换电路占空比与负载电阻之间的函数关系.研究结果表明:当负载电阻在1～10Ω范围内变化时,通过实时调节开关管占空比,能够始终保证系统效率达到67.0%.

非接触电能传输系统频率分叉现象研究

效率是非接触电能传输系统研究的一个热点,适当的二次侧并联补偿电容能够提高系统的效率,但加入二次侧补偿电容容易使系统进入多谐振频率状态。本文从非接触电能传输系统的高阶数学模型出发,描述了频率分叉现象,并且用数值方法界定了分叉区域。文章最后提出了一种在频率分叉现象下的二次侧并联补偿电容选择方法,实验证明基于这种方法选择的并联补偿电容能使系统传输效率显著增大。

非接触电能传输系统恒流控制策略

针对负载切换时造成初级回路的导轨电流变化问题,提出了利用智能分段控制算法来调节控制脉冲中的移相角,分析了非接触电能传输系统主电路的电流恒定性问题,最终保证原边导轨电流的恒定,使得系统能在额定条件下正常工作,并对运用分段控制算法的主电路采用了MAT-LAB的Simulink进行了仿真,通过仿真图可得在负载切换前后电流的恒定时间仅在2 ms之内,结果表明采用分段控制算法的仿真结果与理论分析相符合。

非接触电能传输系统拾取机构方向性分析

在分析了现有非接触电能传输系统中发射端与拾取端之间位置关系问题的基础上,提出了一种可以任意转动的非接触电能传输拾取机构,对比研究了2种正交绕制的三线圈连接模式.通过分析及数学推导,得到了在三维空间中改变拾取线圈的转动角度时,瞬时感应电势计算关系以及输出电压系数的分布区间及均匀性,并通过实验验证了计算结果.

可分离变压器实现的非接触电能传输系统研究

传统电能传输主要通过导线直接接触进行,在一般环境下这种方式合理有效,被广泛采用。但在一些特殊环境,如易燃易爆场合和水下系统,这种电能传输方式的安全性难以得到保证。非接触电能传输系统利用电磁感应耦合技术与电力电子技术,避免了传统电能传输方式裸露导体的存在和接触火花的产生,实现了电能的安全传输。研究了一种采用可分离变压器传输能量的非接触电能传输系统。通过分析可分离变压器的工作特性,得出影响传输功率的几个因素,并给出了采用串联谐振式逆变器和可分离变压器优化绕法的实验结果。

CLC型非接触电能传输系统输出控制

为实现对CLC型非接触电能传输系统输出功率的控制,基于离散映射方法,完成了系统模型的构建,对周期不动点进行了解析描述,得出软开关频率点的求解方法和不同频率点上输出功率的计算方法,在此基础上,提出了基于平均功率平衡的控制方法,通过实验对该方法进行了验证.结果表明:通过不同频率点的组合控制,能够使系统在最大41 ms内完成在20～50 V之间的双向跳变,以满足不同的系统输出要求,开关器件工作在软开关状态.

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。

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。

适用于非接触电能传输系统的新型AC/DC/AC变换器

提出了基于串联谐振、适用于非接触电能传输系统的新型AC/DC/AC高频变换器,避免了由于传统AC/DC/AC高频变换器中存在直流滤波和调压环节所带来的缺陷,降低了二次回路输出正弦电压的控制难度。介绍了该变换器的电路拓扑结构和工作原理,分析了系统的控制模式,对不同工作模态进行了建模分析,并用仿真和实验结果证明了分析的正确性。

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.

非接触电能传输系统参数优化的改进遗传解法

为了解决非接触电能传输系统设计中的参数优化问题,提出了一种混合改进遗传解法.首先建立了非线性规划数学模型,其中对频率稳定性约束条件进行了修正;其次在遗传算法中采用虫口模型产生优良的混沌初始种群,采用"两次归一化"来处理目标及约束函数,并利用可行性规则代替罚函数法来选择优良个体以减少额外的经验参数;最后设计了均匀变异加高斯变异的混合变异算子以提高算法的全局搜索能力.仿真及实验结果表明:改进后的算法能够较好地突破局部最优解的限制,较快地找到了系统的全局最优参数;优化后的系统达到了设计要求,且对于负载在约束范围内的动态大范围变化有较强的鲁棒性,如当负载增大为原来的2倍时,输出电压及原边电流的大小及频率基本保持不变.

LCL型非接触电能传输系统模糊电压控制

LCL型非接触电能传输系统在高频运行过程中,负载的变化会导致输出电压不稳定。针对此类问题,建立了系统的动态模型,对电路交流变量进行复数分析,设计了一种基于自调整模糊控制算法的功率控制策略来控制原边逆变全桥脉冲的相移角,以保证系统输出电压随期望电压而变化。仿真结果表明:负载发生变化时,该控制器可以有效地使系统输出电压恒定;负载不变时,能够使系统输出电压达到期望值。

非接触电能传输系统恒流充电控制方法研究

针对非接触电能传输(CPT)系统的输出充电电流控制,提出一种基于H∞控制的原边主动控制方法。借助于微分动力学模型的频域展开,实现了系统广义状态空间平均模型,构建了系统性能加权函数及控制系统结构,建立了控制器及观测器的Ricatti方程,并通过Hermitian矩阵完成了该方程的求解,利用迭代计算方法以获得最优H∞控制器。该方法可动态调节不同负载条件下原边注入能量,有效提高轻载下系统整体效率。实验结果验证了该方法的有效性。

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。

旋转超声振动加工中非接触电能传输特性研究

针对旋转超声振动加工中接触式电能传输方式存在的弊端,提出了一种非接触电能传输系统。建立了非接触电能传输松耦合感应模型,理论分析了电能传输效率的影响因素,对松耦合变压器原/副边进行了阻抗匹配;仿真分析了系统电压增益、原/副边功率及传输效率随负载和松耦合变压器设计参数的变化规律;实验研究了系统传输效率和电源频率、磁芯间距之间的影响关系,证明了方案的可行性。

可变负载非接触电能传输系统的无功功率补偿

为解决非接触电能传输系统中负载电阻变化会导致系统传输能力变化的问题,研究非接触电能传输系统在并联—串联拓扑下负载变化时无功功率的补偿问题.通过分析理想可变初级电容的可控性,提出用积分控制器对可控电抗器进行动态调节以完成负载变化时的无功功率补偿.数值仿真表明,该控制方案是可行的.

基于电容耦合的非接触电能传输系统模型研究

电容耦合的非接触电能传输(CPT)技术是基于高频电场耦合来实现的,与现有的电感耦合非接触电能传输(IPT)技术相比,CPT技术克服了磁场能量不能在金属屏蔽环境里进行传输的缺点,还可以减小能量损耗及电磁干扰(EMI)。本文分析了CPT系统的工作原理与等效电路模型。由于CPT系统包含电力电子开关和谐振网络,其时域微分方程模型呈现高阶非线性,本文给出了系统的广义状态空间平均模型(GSSA),将系统的时域非线性模型转换成为频域线性状态空间模型,并依据该模型对CPT系统进行了稳态和暂态动力学行为仿真,分析了电路参数变化对系统传输效率的影响。最后本文通过实验验证了模型及仿真结果。

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。