New Progress of Magnetically-coupled Resonant Wireless Power Transfer Technology

近些年,无线电能传输技术受到了越来越广泛的关注。作为一种中等距离无线电能传输技术,自从美国麻省理工学院于2007年发表其研究成果后,磁耦合谐振式无线电能传输技术就成为了研究热点问题。该文在对无线电能传输技术进行总体介绍的基础上,主要对磁耦合谐振式无线电能传输技术进行概括论述。首先分析了磁耦合谐振式无线电能传输技术的基本结构和工作原理,介绍了目前运用于分析该技术的主要理论;接着对该技术目前的传输水平和热点问题进行了分类阐释,主要分为传输特性、新材料的应用、干扰问题和实际应用,介绍了目前的研究现状;最后在当前研究热点问题的基础之上,对该技术有待研究的问题以及发展趋势进行了展望。

非接触电能传输(CPT)系统频率分裂现象分析

非接触电能传输(Contactless Power Transfer,CPT)系统在工作过程中会出现频率分裂现象。论文以串联补偿的CPT系统为研究对象对系统进行建模分析,推导出了CPT系统中重要参数的方程表达式并选择负载电压作为重点研究对象。数值分析和实验结果表明,负载电压和负载功率在过耦合区内(k>kcritical)会分裂出两道脊,CPT系统工作在谐振频率(f0)和关键点(kcritical)时可以获得最大的负载电压和负载功率。

CPT系统效率分析与参数优化

为了解决谐振耦合拓扑结构不同的非接触电能传输(CPT)系统效率计算方法不统一的问题,通过对4种基本谐振耦合拓扑结构的CPT系统的分析,给出了CPT系统效率计算的一般方法.在此基础上,为提高CPT系统的效率,通过对一种电流型CPT系统的建模,对系统谐振耦合拓扑结构的参数进行了优化设计,实现了该CPT系统高效率的能量输出.最后,以该电流型CPT系统为试验模型,对提出的效率计算方法和优化设计进行了试验验证.结果表明:该电流型CPT系统谐振耦合拓扑结构最大效率的试验结果为92%,而其优化理论值为93%.

基于DSP软件锁相技术的CPT谐振频率跟踪研究

由非接触电能传输系统中谐振耦合电路的特性可知,耦合线圈处于谐振状态对减少无功功率,提高系统传输效率具有重要影响。在此基础上提出采用基于数字信号处理器TMS320F2812的软件锁相技术实现非接触电能系统谐振频率的跟踪方法,给出了具体实现思路及软件流程图。实验结果验证了本方法的可行性和有效性。

基于单级AC/DC脉冲激励源的电容式无线输电系统

电容式无线输电(CPT)系统的原边激励源通常是由工频整流器和高频逆变器组成的级联变换器,使用的半导体和无源元件数量较多,导通损耗也较高。该文提出了一种新型的单级AC/DC变换器,与传统的变换器相比,该变换器只使用2个开关管和2个二极管,可以将工频交流电变换成CPT系统所需的直流脉冲激励源。该文介绍了该变换器的工作原理,提出了实现高功率因数、软开关的设计方法。最后,通过硬件实验证明了该变换器在电容式无线输电系统中的可行性,实现了开关管的零电压导通,具有高输入功率因数。

无接触供电在电力巡检机器人中的应用

随着智能电网的发展,电力巡检机器人的应用越来越多;其中供电、导航、数据巡检是巡检机器人的三个核心技术,本文重点探讨巡检机器人的动力供电部分。目前市面上的电力巡检机器人主要采用锂电池为主要动力,其自身的续航能力大约在三小时左右,一次充电时间约需要30分钟左右,续航能力成为了限制巡检机器人应用的短板之一。本文提出了采用磁耦合谐振式无接触供电的方式对电力巡检机器人进行供电,虽然有一定的电能损耗,但可以连续供电使机器人连续作业,提高了机器人的效率。论文中首先介绍了磁耦合谐振式无接触供电的原理及系统组成,分析了该方法应用的可行性及关键技术;并采用Matlab进行仿真实验,仿真结果表明,可以以较高的效率进行无接触供电。

磁耦合谐振式无线电能传输技术新进展

近些年,无线电能传输技术受到了越来越广泛的关注。作为一种中等距离无线电能传输技术,自从美国麻省理工学院于2007年发表其研究成果后,磁耦合谐振式无线电能传输技术就成为了研究热点问题。该文在对无线电能传输技术进行总体介绍的基础上,主要对磁耦合谐振式无线电能传输技术进行概括论述。首先分析了磁耦合谐振式无线电能传输技术的基本结构和工作原理,介绍了目前运用于分析该技术的主要理论;接着对该技术目前的传输水平和热点问题进行了分类阐释,主要分为传输特性、新材料的应用、干扰问题和实际应用,介绍了目前的研究现状;最后在当前研究热点问题的基础之上,对该技术有待研究的问题以及发展趋势进行了展望。

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%.

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。

基于状态空间法的无接触供电PDM调制建模

为了实现高阶非线性的CPT系统的能量调节,根据不动点理论和状态空间法,建立了系统的频闪映射模型,推导出了系统的稳态响应分段解析函数式,提出了基于PDM能量调制的系统工作模式。文中推导了系统开关边界状态不动点函数,计算了系统在PDM控制模式下的控制参数,验证了逆变器的软开关特性。计算表明在不同的脉冲密度下电流频率近似相等;且建立的样机系统实际测试,也证明了本文的稳态建模方法和求解的正确性。

基于CLLC-CL补偿拓扑的电场式移动供电系统研究

为了实现高速磁悬浮列车完全非接触运行,避免受流轨磨损、噪声等问题,同时尽可能减小能量接收端元件重量和空间,该文针对磁悬浮列车提出一种基于CLLC-CL补偿拓扑的电场式无线供电(capacitivepowertransfer,CPT)系统。相较于已有的补偿拓扑,提出的补偿拓扑可有效减小接收端的元件数量和占用空间。根据磁悬浮列车的结构,采用两块发射极板在中间,两块接收极板在两侧的侧面安装方式,基于CLLC-CL补偿拓扑,搭建一个缩小的移动供电模型,其传输距离为35mm、耦合电容为13.35pF。该系统在工作频率1MHz,输入电压350V、负载为150W时,可输出1.41kW功率的能量,直流-直流效率达到91.67%。实验表明,基于这种耦合机构所设计的CPT移动供电系统具有较好的传输能力,且具有较好的稳定性。

基于电场耦合式的电动汽车无线充电技术电压优化方法

目前,基于电场耦合式无线电能传输是一种快速发展的技术,因其对比磁场耦合式无线电能传输技术更具经济性、可靠性与安全性,从而在多金属环境中得到广泛应用。由于电场耦合式无线电能传输系统利用高频电场传输电能,所以在耦合极板上存在非常高的高频电压,同时也会在诸如电动汽车表面等金属上感应出高电压,这将导致严重的安全问题。为解决上述安全问题,该文提出了基于电场耦合式的电动汽车无线充电技术优化方法来减小无线充电时车壳上的电压,并通过CLL补偿结构优化系统谐振。最后,设计并实现了车壳电压仅为3.88V,输出功率1.3kW,系统整体效率为87.7%的电场耦合式无线电能传输系统,验证了优化策略的可行性。

电动汽车磁场与电场混合耦合型无线电能传输技术综述

磁场与电场混合耦合无线电能传输技术是一种结合电场耦合以及磁场耦合实现无线电能传输的技术,具有空间结构紧凑和抗偏移能力强等优点,能够弥补传统电动汽车无线充电系统抗偏移性能差和功率密度低的缺点。首先以磁场耦合式与电场耦合式无线电能传输技术为切入点,阐明各自的工作原理、技术优势及缺陷不足,介绍磁场与电场混合耦合型无线电能传输技术的发展背景;其次针对电动汽车无线充电的应用,从耦合机构、补偿网络、电力电子变换器及其控制策略、传输水平对国内外研究现状展开论述;最后指出目前亟待解决的问题以及未来的发展趋势。

感应式和电场式结合的无线电能传输系统研究

介绍了一种感应式(IPT)和电场式(CPT)结合的无线电能传输系统,该系统具有抗偏移能力强,传输功率高的优点,同时存在耦合器的设计比单独的IPT或CPT系统复杂,它们的尺寸和距离都受到相互制约的问题。为解决上述问题,提出了一种外加可调电感来改变感应式和电场式传输功率比的方法,能更加简便地实现不同功率比的系统。基于LCCL补偿的系统,设计了一个感应式和电场式传输功率比为3的结合系统,并验证了其可行性。