双边LCC拓扑磁耦合机构补偿网络参数设计方法

基于磁耦合谐振式技术原理,采用一种双边LCC拓扑补偿网络参数设计方法。首先对双边LCC拓扑主电路数学模型进行分析,设定线圈自感与串联补偿电感的电感比值。然后通过编写M文件和搭建Simu⁃link仿真平台,根据电感比值与效率之间的关系,找到最优效率点。最后搭建全SiCMOSFET器件系统实验平台进行验证。实验结果表明,通过设置合适的电感比值,在满功率偏移范围内,耦合机构效率能够保持在95%左右,系统最大效率大于92.5%,证明了该补偿网络参数设计方法是有效的。

约束型粒子群的LCC/S磁谐振耦合机构参数优化算法

针对移动监测型传感器种类不同且位置可变的特性,确定LCC/S磁谐振耦合机构工作模式。由于该型无线电能传输系统谐振补偿拓扑参数配置困难,使得系统难以同时兼顾输出效率与输出功率,提出一种以系统传输效率为目标函数,以传感器移动范围内所需功率为限制条件的约束模型;然后引入罚函数将约束模型转化为无约束模型,通过粒子群算法进行参数优化,使得系统在满足传感器所需功率的同时传输效率最大化。最后通过仿真验证了所提优化方法的有效性。

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。

LCC-P型谐振式无线传能电路设计

设计LCC型磁耦合谐振式无线电能传输(Magnetically-Coupled Resonant Wireless Power Transfer,MCRWPT)电路,通过研究不同谐振补偿网络的拓扑参数,并分析其对于传输效率的影响,为耦合线圈和硬件电路的设计提供理论依据,对发射端和接收端的硬件电路进行设计。同时,通过电子电路仿真软件PSIM对各个系统进行仿真分析,完成硬件电路的制作,在实验室环境下进行电路实验,验证系统的可行性。

基于LCC的磁谐振无线电能传输发射端补偿技术

为实现磁耦合谐振式无线电能传输系统最大化功率传输,提升整机效率,提出了一种基于LCC三阶补偿网络结构的保持发射端线圈电流恒定的方法,此方法不受接收端反射阻抗影响,实现了电磁感应式无线电能传输(ICPT)系统发射端与接收端解耦设计。同时,提出了LCC补偿网络的数学模型及其参数设计方法。在不增加元件的情况下,采用LCC网络的输入基波电流补偿LCC网络的输入高次谐波电流的方法,在功率管关断瞬间,降低通过功率管的电流瞬时值,实现了高频逆变器的零电流关断,减小了功率管的开关损耗和开关应力,提高了ICPT系统的整体效率。最后,对所提方法进行了仿真分析和实验验证。仿真和实验结果验证了所提模型和参数设计方法的正确性和可行性。

基于LCL-LCL/S混合自切换谐振式无线充电系统

为了减少混合谐振式无线充电系统的开关器件和无源元件数量,提高系统输出功率,同时简化原、副边的控制策略,提出一种基于LCL-LCL/S混合自切换谐振式无线充电系统,无需原、副边通信和增加任何无源元件,仅通过LCL结构的自投切操作更改拓扑网络来实现无线充电系统恒流恒压的切换。首先,依靠T型网络分析恒流或恒压输出与输入阻抗呈纯阻性的关系;然后,引入混合型补偿网络数学模型,分析实现系统输入电流和电压之间零相角(ZPA)与恒流或恒压输出特性的参数配置条件;接着,依据蓄电池充电曲线特征、谐振电流阈值、电压跳变阈值和耦合系数变化约束,进一步提出一种适用于混合谐振式拓扑网络参数优化的设计方法,在避免谐振网络参数经验选值的局限性导致参数不确定性问题的同时,也为参数选取提供了理论依据;最后,搭建实验平台验证该方案的可行性与有效性。实验结果表明,优化谐振网络参数的无线充电系统具有较好的恒流恒压输出特性,系统最大传输效率为81%,完全满足恒流恒压无线充电需求。

LCC-P磁耦合谐振式无线充电系统的研究

近些年人们对磁耦合谐振式无线充电电能传输的研究相当火热,传统的电路拓扑结构的研究已经相当地完善,本文基于较为新颖的LCC-P电路拓扑结构展开研究,依据电路相关理论推导出了系统传输效率的表达式。通过ANSYS Maxwell仿真软件,建立了线圈模型,分析了线圈参数,再将模型导入ANSYS Simplorer仿真软件,对磁耦合谐振式无线电能传输系统进行联合仿真。结果表明:电能传输效率随着负载的增大而减小;随着发射端串联谐振电感的增大而增大,且变化趋势较明显。仿真实验验证了理论的正确性。

电动汽车无线充电系统双边LCC型谐振补偿网络及电磁安全性研究

为了研究电动汽车无线充电系统谐振补偿网络和充电线圈电磁暴露的安全性问题,首先对无线充电系统中4种基本谐振补偿网络的传输特性进行了分析,接着应用电路模型对双边LCC型补偿网络进行了理论分析,并采用Matlab/Simulink对4种基本补偿网络和双边LCC型补偿网络模型进行仿真,比较了二者的传输功率和传输效率。其次,分析了原边线圈与副边线圈耦合系数和磁通密度随线圈间气隙变化和水平偏移变化的情况。最后,通过建立简易人体模型,采用有限元仿真软件COMSOL构建了人体模型不同位置处的磁感应强度。结果表明:双边LCC型谐振补偿网络较4种基本补偿网络具有更好的抗偏移能力,适用于大功率电动汽车动态无线充电系统中;磁感应强度最大值出现在人体脚踝处,最大值为2.043μT,占国标规定值的7.57%,其他位置处均远小于国标规定的安全限制。这说明电动汽车在进行无线充电时,线圈产生的高频电磁暴露不会对人体安全产生影响,有利于电动汽车无线充电的推广应用。

基于双LCC结构电动汽车无线充电系统仿真设计

近年来无线充电方式以其安全、便捷等优势被越来越多地应用。设计基于磁耦合谐振技术的电动汽车无线充电系统,补偿电路采用双LCC拓扑结构。首先进行原理分析,对比Series-Series(SS)与双LCC补偿拓扑结构,建立互感耦合模型并根据输出功率、效率表达式绘制曲线,比较两种结构工作特性,分析曲线得到采用双LCC结构的优势;磁耦合机构选用不对称平面单线圈结构以增强系统的抗偏移能力,通过建立等效磁路模型计算耦合系数表达式,在MATLAB/SIMULINK上搭建仿真电路,探究电路自身工作特性,得出耦合系数、负载、调谐电感等变量对系统输出的影响,并与理论结果进行比较;在Ansys Maxwell上对磁耦合机构仿真,改变磁芯结构以及发射接收端线圈水平、垂直方向位移距离,通过云场图反映磁场大小,从而确定最佳结构;最后使用Ansys Simplorer搭建电路,与磁耦合机构进行场路联合仿真,反映瞬态磁场分布情况,验证本设计的可行性。

基于LCC-C的心脏起搏器无线充电线圈设计

针对可植入心脏起搏器建立了一种无线电能传输系统的结构模型。模型采用磁耦合谐振技术与LCC-C型拓扑结构,利用电路互感理论计算得出电路等效模型的输出功率和传输效率表达式。在MATLAB计算下获得较优的线圈设计参数,通过HFSS建立传输模型,嵌入LCC-C拓扑同时加入模拟人体组织和起搏器外壳的结构,仿真过程中对线圈进行Optimetrics优化。结果表明:采用LCC-C的模型传输效率在线圈相距8 mm处可达91%,与传统S-S拓扑相比拥有更加良好的传输性能。

双LCC型谐振式无线电能传输技术研究

本文分析了基于LC串并联补偿的基础谐振补偿结构的补偿特性,着重对双LCC型磁耦合谐振式无线电能传输技术进行建模分析,根据分析可知,双LCC型磁耦合谐振式无线电能传输系统输出电流受线圈间耦合情况和寄生电阻的影响,在忽略线圈寄生内阻,线圈间传输距离固定,表现为恒流输出特性。

油田井下WPT系统磁耦合机构优化设计

为优化油田井下无线电能传输系统磁耦合机构,提出一种改进型螺线管型磁耦合机构,采用Maxwell电磁场仿真工具提出一种优化设计方法,并通过研究LCC-S高阶补偿拓扑的特性得到了LCC-S的补偿设计公式和主要电路特性,最后使用PSIM(Power Simulation)仿真软件通过闭环PI(Proportion Integration)控制验证了提出的耦合结构和补偿拓扑的设计可行性和正确性,结果表明,该磁耦合机构适合油井下供电场景。

网格型螺线管线圈单管逆变无线电能传输系统研究与设计

无线电能传输系统磁耦合机构发生偏移和偏转时,存在耦合系数和效率急剧下降的问题。该文面向中小功率无线充电应用,设计了一种单磁通回路网格型螺线管(GFSP)磁耦合机构,磁场均匀分布兼具抗偏移和抗偏转性能。此外针对补偿拓扑构建了一种单管逆变P#LCC-S谐振网络拓扑结构,在保留传统LCC-S补偿网络性能的同时有效简化电路结构。首先,建立磁动势模型,揭示机构不同空间位置磁场分布规律,并对机构参数进行优化;其次,建立双路P#LCC-S谐振网络电路等效模型,推导出在发射线圈激励电流恒定及输出电压恒定状态下的谐振元件参数配置条件;最后,搭建一台300 W实验样机,分别在XOY平面偏移±120 mm,Z轴偏移50~100 mm,绕Z轴偏转0°~90°范围内,样机的耦合系数保持率始终高于50%,传输效率大于80%,从而验证了所提出系统的有效性与可行性。

水下旋转式磁耦合机构谐振参数匹配方法

无线电能传输(WPT)技术因其采用非接触式能量传递形式,将有望解决自主水下航行器(AUV)直接插拔式充电过程中存在的漏水漏电等问题。但作为核心部件的松耦合变压器(LCT),其水下气隙中的相对介电常数增加导致分布电容增大,采用常规空气中谐振匹配方法会造成系统失谐,影响WPT系统传输性能。因此在建模过程中引入了分布电容,重点研究其对水下WPT系统传输特性及稳定性的影响,给出了适用于水下的谐振参数匹配原则。最后搭建了一套WPT系统实验平台,实验结果验证了理论分析的正确性,具有一定的工程应用价值。

发电机组转子轴系机电耦联扭振的二重共振研究

找到发电机与直流电动机的气隙磁场能量表达式, 应用拉格朗日-麦克思韦方程建立了机组轴系机电耦联的非线性扭振方程组, 分别得到了发电机及直流电动机的电磁刚度, 从理论和实验研究中发现了新的零阶固有频率, 利用多尺度法对非线性扭振方程组进行了求解, 得到了二重共振的规律, 利用实验室的发电机组模型进行了实验研究, 所取得的实验曲线和相应的理论曲线, 不论在定性和定量上均有很好的吻合。

铁镓合金阻抗频率特性测量与分析

通过测量铁镓合金在不同磁场下的阻抗频率特性,确定铁镓合金的柔顺系数S33和磁机械耦合系数K33,为铁镓合金在致动器和换能器等系统中的应用提供设计参考。分别测量棒状样品和片状样品在不同磁场下的阻抗频率特性,确定共振频率和反共振频率,计算S33和K33,并将片状样品与棒状样品特性参数进行对比分析。结果表明,片状和棒状样品的S33和K33随磁场的增加先增大后减小,在同一磁场下片状样品的柔顺系数小于棒状样品,片状样品的磁机械耦合系数大于棒状样品。

强磁场对石英谐振器的影响

基于磁-弹性耦合理论以及预应力模态分析理论,结合实验方法解释石英晶体谐振器在强磁场影响下频率变化的原因。结果表明,石英晶体谐振器的磁性支架在受到磁场的影响产生相应的应力沿石英晶片的边缘作用于石英晶体导致其谐振频率发生变化。该结果对如何减小磁场对石英晶体谐振器的影响有一定的参考价值。

磁耦合无线电能传输旋转变压器的设计与分析

接触式旋转电子设备具有易磨损、无电气隔离等缺点,不利于设备的安全可靠。提出了一种非接触式旋转磁耦合无线电能传输(ICPT)装置,由旋转松耦合变压器、S/LCC补偿谐振变换器和DC/DC变换器组成,具有电气隔离性好、灵活性高、安全性好等优点。为了验证分析和设计,制作了一个400 W的可旋转50 mm间隙的样机,并进行了测试,结果表明从直流40 V输入到直流40 V输出的总效率为84.3%。

无线电能传输系统共振机理及共振点分布特性研究

针对磁耦合无线电能传输(MC-WPT)系统各电参数对系统共振点的分布影响问题,综合考虑MC-WPT系统中所有电参数,包括各振荡电路的固有频率、所有的互感及电阻,基于复模态分析理论对MC-WPT系统进行共振机理建模分析,推导得到MC-WPT系统共振频率及共振点功率的解析表达式。在此基础上,深入分析MC-WPT系统的共振频率及共振点功率随传输距离及负载变化的分布特性,以此解释频率分裂等现象的物理原理,为后续优化及控制MC-WPT系统的共振点奠定相应的理论基础。

正交试验法优化叠层线圈式磁耦合机构参数

无线充电系统(wireless charging system,WCS)可以提升充电装置的便捷性与安全性。针对快速且准确地优化设计叠层线圈式磁耦合机构(solenoid and double D pads,SDDP)参数问题,采用正交试验法及磁场仿真软件,研究了正交试验法优化叠层线圈式磁耦合机构参数的效果,给出了优化过程及磁耦合机构优化后的仿真结果分析。结果表明,采用正交试验法对叠层线圈式磁耦合机构的匝数配比进行优化设计,所需仿真次数由256次减少至16次,节省了时间与人力成本,且优化后机构具有良好的抗偏移性能:沿x方向单轴偏移180 mm过程中,互感波动范围为-20%~10%,沿y方向单轴偏移120 mm过程中,互感波动范围为-20.4%~18.9%。