双负载磁谐振S-LCL无线充电系统频率分叉分析

磁耦合无线充电系统在过耦合情况下会出现频率分叉现象,从而导致频率谐振点系统性能大幅降低。针对无线充电系统存在的频率分叉现象,目前已有文献大多都基于SS结构等基本拓扑进行研究,而缺少对S-LCL等复杂谐振结构频率分叉现象的研究,因此选择对双负载磁谐振S-LCL无线充电系统的频率分叉进行研究。首先分析了双负载系统输出特性随工作频率的变化情况。然后,利用谐振频率下的阻抗特征推导出双负载系统可以规避频率分叉现象的条件以及分叉谐振频率的表达式。仿真分析了耦合系数与负载阻值对双负载磁谐振S-LCL无线充电系统频率分叉临界点和输出特性的影响,得到了规避频率分叉现象的负载与耦合系数的取值范围。最后,搭建Matlab仿真模型和物理平台对所得结论进行验证。

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。

基于频率分叉的宽频磁通信电路分析

基于一种新型的基于磁耦合谐振与频率分叉的磁通信方式,使用1/2功率衰减原则来计算3d B带宽的边界条件,同时基于互感理论,推导出负载功率、功率比与通信容量的表达式。通过理论分析得到,带宽与通信容量存在一个最大值,而且通过边界条件,可推导出最大带宽与通信容量的具体表达式。试验结果也表明,本文提出的新的磁通信方式在低频段,宽频带范围内有一个通信带宽与通信容量的峰值。

无线电能传输系统频率分叉现象及其消除方法研究

磁耦合感应式无线电能传输系统中补偿电容的存在使两线圈发生水平或垂直移动时产生多个谐振频率,导致变频控制器无法识别最优频率,进而影响系统稳定性。针对此问题,在已有的同轴线圈互感公式的基础上,依据Neumann公式建立偏移线圈的互感公式,分别对线圈半径、水平偏移距离等因素与互感系数的关系进行分析。理论分析表明,增大原边线圈半径和水平偏移距离均可消除频率分叉现象,并且增大原边线圈半径能够有效提高发生水平偏移时的系统稳定性以及副边线圈的电压增益和传输效率。同时搭建了基于信号发生器的实验验证平台,实验结果表明,改变线圈半径消除了频率分叉现象。

非接触感应电能传输系统的频率分叉现象及移相控制策略

以原副边均采用串联补偿方法进行研究,分析了非接触感应电能传输系统的高阶数学模型,探究了频率分叉实质,利用Matlab进行曲面仿真,了解系统的频率分叉现象,从而得出较为合理的补偿方案。分析了发生频率分叉时,如何选择优化的工作频率,采用移相控制的方式使系统得到稳定的输出。

旋转超声加工系统的频率分叉研究

以松耦合变压器构成的非接触电能传输系统与超声波换能器负载共同组成超声加工系统,构建了旋转超声加工的频率与阻抗数值模型,并通过Matlab Simulink平台建立了阻抗模型的仿真计算。结果表明:旋转超声加工的工作频率存在分叉现象,导致超声加工系统可能工作在不同频率点。从实验角度对不同频率点的振动情况进行监测,发现不同频率点的超声能量输出是存在差异的。

PLCL-SS型ICPT系统距离及频率分叉特性研究

分析了原边LCL、副边串联补偿型感应电能传输系统的工作特性,推导了系统传输功率和传输效率与传输距离之间的定量关系;补偿电路的加入使得ICPT系统成为一个高阶系统,极易导致系统谐振频率不唯一;因此,采用回路阻抗角法分析了系统的频率分叉特性,并给出了近似消除系统频率分叉的参数匹配条件;最后,设计系统相关参数并进行实验验证。

无线能量传输负载自适应的频率分叉边界控制

无线能量传输技术是一种新型的电能传输方式,是指相对于传统的利用导线连接的电能传输方式而言,电能从电源到负载的一种没有直接电气接触的能量传输方式,解决了传统导线直接供电的缺陷,是一种安全有效的电能传输方法。目前无线能量传输通常使用补偿电容的工作方式使系统在发射端(原边)与接收端(副边)同时工作于谐振状态,以提高输出能力。前期实验发现,无线能量传输系统的效率受等效负载的影响,选取合适的等效负载可以改善系统的效率。基于此,研究了负载对于系统效率和频率分叉的影响,设计了一个负载自适应控制策略,能够提高系统的能量传输效率,并且保证不出现频率分叉现象。该研究将对无线能量传输系统的可靠设计具有重要指导意义。

频率分叉现象对无线电能传输系统的影响

针对磁耦合感应式无线电能传输技术中频率分叉对输出特性的影响,首先利用Matlab仿真分析了频率分叉反映参数、传输效率和耦合因数、失谐因子的关系,然后分析了有效传输距离的影响因素。结果表明,当磁耦合感应式无线电能传输技术工作在临界耦合状态、主谐振频率处或过耦合状态、从谐振频率处时,频率分叉反映参数最大,当其工作在主谐振频率处时传输效率最大。且其有效传输距离与谐振线圈的半径和匝数成正比。

串-并补偿结构大功率感应充电系统谐振变换器

通过互感模型建立了一、二次侧分别采用串联与并联补偿结构的一次端口等效电路[9,10],依据谐振特性表达式提出了一次侧品质因数的设计准则。控制策略上采用变频控制方式,应用状态机结构控制一次侧谐振电流极值,确保谐振变换器工作在谐振频率附近,从而使得在无需获得二次侧信息的情况下即可保证系统最大功率传输。最后,设计了一台功率25kW、气隙12mm的感应充电系统,并通过实验验证了所提出控制方法的可行性。

磁耦合共振单发双收系统传输特性分析

针对电器设备、武器系统等应用中存在一个能量发送端同时为多个负载非接触供能的情形,基于磁耦合共振的无线能量传输原理,建立了磁耦合共振"单发双收"理论模型,求解出"单发双收"系统输出总功率的数学计算公式。理论分析发现"单发双收"系统传输特性与"单发单收"性质类似,即当发送线圈和接收线圈距离的耦合系数较大时,系统存在共振频率分叉现象,并随收发端距离的增大,频率分叉现象逐渐消失。当系统存在两个接收端时,共振频率随径向距离的变化而变化,并且两接收端耦合越强,偏移现象越明显。利用OrCAD仿真软件和实验手段对系统传输特性进行仿真分析和实验研究,结果显示,实验、仿真结果与理论分析结论相吻合,文中所建磁耦合共振"单发双收"理论模型能准确描述系统传输特性。

自治分段线性振荡系统的离散映射数值建模与稳定性分析

为研究自治分段线性振荡系统中出现的分叉及混沌动力学行为,系统建模及稳定性分析是一种必不可少的分析手段.本文通过构造周期内离散映射解析模型,并结合边界条件的动态数值求解,提出了一种动态离散映射数值建模方法,进而推导了用以判定系统周期闭轨稳定性的Jacobian矩阵求解模型.最后,本文以电力电子系统中一种常用的5维软开关逆变自治振荡电路作为实例,通过模型仿真观察到频率的分叉现象,并根据Jacobian矩阵的特征乘数对系统的稳定性进行了研究.基于该模型的仿真分析结果与实验系统中所观察到的现象一致,从而验证了该方法的有效性.

经表皮能量传输系统电气参数优化设计

由于经表皮能量传输系统各种参数之间存在着复杂的耦合和非线性关系,在确定系统电气参数时,需要根据设计指标反复调节才能获得期望值,过程复杂,计算量大,效率不高。提出一种用于经表皮能量传输系统电气参数初步设计的非线性约束最优化模型。通过优化电气参数可以改善经表皮能量传输系统的电气特性。尝试使用遗传算法求取最优解。同时建立基于Matlab的仿真平台及研制了实验样机。通过仿真和实验结果,验证了在优化模型的最优解条件下,所提出优化模型的可行性与有效性。并讨论了系统的电磁辐射安全性。

饱和电抗器LCL补偿感应式无线电能传输系统谐波特性分析

针对LCL-S拓扑补偿的感应式无线电能传输系统,分析其频率分叉特性,获得了次谐振点频率的特点。通过设计感应耦合功率传输(ICPT)系统的参数能够消除频率分叉,提高系统的稳定性。得到了一般固有谐振点工作时,系统的输出功率较次谐振点的输出功率低的结论。为提高ICPT系统的可控能力,提出一种一次侧采用直流可控饱和电抗器的LC复合谐振网络的ICPT电路,基于互感模型和电路理论,详细分析输出电压的特点。以方波脉冲作为系统电源,饱和电抗器产生的高次谐波电流经过补偿网络能够传输到负载,提高系统传输功率。利用有限元软件建立饱和电抗器模型进行仿真,搭建实物样机系统进行实验,仿真结果和实验验证了理论分析的正确性。

感应耦合电能传输系统自持振荡控制

串并联补偿型感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统在负载变轻时会发生频率分叉现象,传统变频控制的方法难以使系统稳定。针对这一问题,将自持振荡控制(self-sustain oscillation control,SSOC)理论应用到ICPT系统中。首先,分析变频控制下发生频率分叉时ICPT系统不稳定的原因。其次,用描述函数法建立ICPT系统的自持振荡控制系统,并通过Nyquist稳定性判据分析了系统的稳定性。最后,在实验样机上实现了ICPT系统的自持振荡控制。当负载变轻而发生频率分叉现象时,自持振荡器可以使系统自由振荡而趋于稳定,其动态性能良好,并且始终保持开关管的零电压开通(zero voltage switch,ZVS)状态。

基于磁耦合共振的无线能量传输特性分析

为了提高磁耦合共振系统的能量传输效率,通过研究系统无线能量传输特性,探索了系统传输效率随耦合距离变化的规律。基于二端口网络分析方法,建立了磁耦合共振无线能量传输的等效电路模型,求解出共振系统发生频率分叉现象产生的条件以及最大效率时的频率表达式。通过数值仿真对共振系统传输特性进行了分析,揭示了系统的固有共振频率会随着耦合距离的增加,由两个相差较远的共振频率逐渐靠近,直至跨越临界条件,汇聚为一个共振频率的规律。实验结果与理论分析吻合,所建理论模型能够准确描述整个共振系统的能量传输特性。结论可为优化磁耦合共振无线能量传输系统工作效率提供理论依据。

非接触电能传输系统参数非线性规划

针对非接触电能传输系统的频率分叉问题,提出一种改进的参数设计方法.将频率分叉参数模型等效为约束条件,以传输效率最高为目标,同时考虑输出稳压、参数额定值等条件,建立系统的非线性规划模型,采用遗传算法来优化模型参数.为了增强算法处理约束的能力,去掉对约束的整体归一化以增大约束的整体权重;对没有可行个体的种群,将核心约束的满足比例作为新的自适应罚参数,以降低违反核心约束个体的适应度.仿真与实验结果表明:该算法处理约束能力增强;所得参数能使系统稳定运行于零相角频率处,无分叉现象;发现系统在频率分叉区外仍可能存在频率稳定的区域,降低系统参数优化的约束强度.

非接触电能传输系统与负载相关的两个边界条件

从效率角度出发研究了非接触电能传输系统负载对副边补偿结构选择的影响,得出了效率边界负载,为副边选取合适的补偿结构提供了依据;从稳定性角度出发研究了负载与频率分叉之间的关系,得出了稳定性边界负载。在既保证效率又保证稳定性的条件下,得出了负载的运行范围。

过耦合无线电能传输系统的最大功率输出控制

提出一种跟踪分叉频率并同时匹配次级阻抗的控制方法,实现了非对称系统在过耦合时的最大功率输出。利用Matlab分析了频率分叉和频率分裂现象的特点和异同;推导了临界耦合系数表达式,给出了在过耦合状态下的高低分叉频率的具体关系式和具体的控制策略。仿真和实验表明,所提出的方法能够有效实现非对称系统的最大功率输出。

二维全向无线充电信息物理融合系统建模与优化方法

本文解决两相交流电源供电下二维全向无线充电信息物理融合系统的能量传输效率优化问题,发现了系统的频率分叉现象及其能量传输机理,利用混成自动机理论建立了系统的形式化模型.制定了一种面向不同负载区间的多供电模式的最优输电控制策略和能量传输频率优化算法.论文对共振条件下的频率分叉现象进行仿真实验,验证了两相交流电源供电下能量的最优传输理论模型,可用于电动汽车、智能手机等移动装置的充电系统.