磁耦合无线电能传输系统宽范围零电压开关实现方法

在磁耦合无线电能传输(MC-WPT)系统中,由于磁性材料和金属材料的存在,气隙变化会导致线圈自感和互感发生变化,这在小气隙应用中尤为明显。该文提出一种考虑线圈参数和负载变化的宽耦合范围零电压软开关(ZVS)实现方法。该方法使用移相调制(PSM)实现了系统的恒流/恒压(CC/CV)输出。通过优化线圈结构和补偿参数,自感变化转变为有利的可变输入阻抗,从而显著地拓宽了ZVS运行范围。同时,系统无功电流降到最小。为了验证所提方法的有效性,搭建一套250 W的实验装置,实验结果表明,在气隙变化范围10~60 mm,最大自感变化范围32.88~23.84μH,最大互感变化范围19.13~6.05μH内,系统实现了最小无功电流下的宽耦合范围ZVS运行,且具备CC/CV输出特性,峰值效率达到92.5%。

多中继无线电能传输系统环路失谐特性分析

环路失谐是多中继无线电能传输(MR-WPT)系统亟待解决的一个难题。为了找出环路失谐对MR-WPT系统的影响规律,对比MR-WPT系统在完全谐振、单个线圈环路失谐和两个线圈环路失谐条件下各个线圈环路电流幅值和相位的变化,分析系统失谐特性。最后,提出了一种基于频率调节的方法来保持系统整体谐振,并通过仿真验证其可行性,为改善环路失谐后的系统性能提供了解决思路。

变电站巡检机器人无线充电系统耦合机构优化分析

针对变电站巡检机器人无线充电系统实际需求,提出了多中继无线电能传输方案。基于其耦合机构优化问题,建立系统模型,推导系统效率表达式;结合平面螺旋线圈的内阻与互感公式,得到多中继WPT系统效率关于线圈匝数、线圈半径、线圈位置的关系。同时选取双中继WPT系统为例,分析系统效率关于耦合机构的变化规律,并在变负载条件下得到了一般耦合机构优化方法。最后,搭建实验平台,验证了所提优化方法的正确性和有效性。

基于最优传输效率匹配的多中继线圈IPT系统输入电压优化设计方法研究

将多中继的感应电能传输(inductive power transfer, IPT)线圈融合于绝缘子,为输电线路在线监测装置的能量供应提供了新方法。然而,在不同杆塔上的监测装置供电功率需求可能不同,导致不同传输功率下的IPT系统效率降低。为了在不同监测装置负载下保证最优的传输效率,提出了一种根据最优传输效率点优化多中继IPT系统输入电压的设计方法。在绝缘子型号固定而负载变化的情况下,可实现最优传输效率。首先,详细分析并推导了五线圈S-S拓扑结构IPT系统输出功率、效率与系统输入电压、等效负载的关系,得到了最大系统效率所对应的最优交流负载电阻。之后根据功率匹配要求,计算系统输入电压的值。最后通过系统仿真验证了所提设计方法的可行性,仿真结果表明,当系统工作频率为500 kHZ,系统输入电压为49.13 V、整流桥等效电阻为10.52Ω时,能达到所要求的目标输出功率,且系统效率高达93.3%。

毫瓦级电磁式振动能量收集中低功耗变换技术

能量收集是保障分布式传感器持续供电的关键。电磁式能量收集为交流输出,且幅值低,输出阻抗高。为了实现能量高效传输和变换,需要高升压比的低功耗AC/DC变换器,并通过阻抗匹配提高传输效率。然而,现有微能量变换的电路效率仅为60%;且无法实现与输出和输入电压解耦的阻抗匹配,功率传输效率低。为了解决以上问题,这里提出采用临界导通模式(BCM)使变换器输入阻抗仅受导通时间控制,利用固定开通时间的控制方法实现阻抗匹配,并给出了在低压、毫瓦级变换下高效功率器件选型标准。构建了基于氮化镓(GaN)HEMT的双Boost单级AC/DC功率变换器,峰值开环变换效率达74.5%,峰值闭环效率达72.3%。

基于检测线圈被动屏蔽的金属异物检测技术及危害消除方法

针对大功率无线充电系统场合中金属异物的检测需要,本文提出了一种基于检测线圈阻抗变化的金属异物检测方法,通过在发射端表面铺设检测线圈阵列并监测其在高频激励下的阻抗变化以检测金属异物的有无及位置。在此基础上又提出基于检测线圈被动屏蔽的金属异物危害消除方法,通过检测线圈内部感应电流实现金属异物位置处的磁场屏蔽,降低异物发热,使无线充电系统可在金属异物存在时维持正常充电进程。首先建立了金属异物与检测线圈的互感耦合模型,阐释了基于检测线圈阻抗变化的异物检测原理;然后建立了金属异物的损耗模型,分析了损耗与磁感应强度的关系并设计了被动屏蔽电路;最后在3.3 kW无线充电样机中进行了实验验证,该异物检测系统可准确检测出1元硬币的存在及位置。在无线充电系统连续工作及检测线圈的屏蔽效果影响下,其热平衡温度从83.4℃降至62.2℃,已低于目前标准中的安全阈值80℃,保障了无线充电进程的连续性和系统安全性。

输电线路磁感应取能装置的参数特性与优化设计研究

磁感应取能装置能够实现输电线路传感节点稳定自供电,其中,基于电流互感器(Current Transformer, CT)的感应取能方法应用最为广泛。为了提高取能CT的输出功率,减小磁芯体积,减轻输电线路压力,本文分析和研究了取能CT的感应取能原理,寻找其中的电磁等效关系,分析取能CT的功率输出,并研究取能参数和取能时间对最大输出功率的影响。在满足输出功率要求的前提下,合理设计磁感应取能装置的参数,使其工作在最大功率点,使其体积最小。通过仿真研究,验证了理论推导的正确性,在设计的参数下能够满足功率需求,与理论设计值相比,磁芯截面积和二次绕组匝数的误差小于10%,验证了设计方法的可行性。