新型电磁耦合谐振式无线电能传输系统建模与实验验证(英文)

本文针对新型电磁耦合谐振式无接触电能传输系统的频率响应、传输能力和效率优化问题,通过耦合模理论建立了详细准确的数学等效模型。通过模式耦合因数与品质因数的引入,讨论了不同物理参数对系统性能的影响,并得出了负载的最佳工作条件。结果给出了线圈间距与负载有功功率及系统传输效率之间的关系。实验方面,考虑到同轴螺旋线圈体积过大、谐振点不稳定等缺点,设计了平面盘式谐振线圈。结果表明,根据本文结论,可以大幅减少实际系统阻抗匹配设计的盲目性,有效地提高系统的功率传输能力与整体效率。

电磁耦合谐振式无线电能传输系统的建模、设计与实验验证

分析了电磁耦合谐振式无接触电能传输系统的工作原理,通过引入漏感变量,建立了T型等效二端口电路模型,并根据二端口传输方程得出电能传输的动态特性。通过耦合系数与品质因数的引入,讨论了不同物理参数对系统性能的影响,并得出了负载的最佳工作条件。根据理论推导,设计了大功率高频功率放大器,并根据约束条件对振荡器参数进行优化。实验结果表明,该系统可以对间距在2.5 m范围内的负载提供能量。该文建模方法可以为电磁耦合谐振式能量传输实际系统的设计提供有效途径。

自激推挽式磁耦合无线电能传输系统磁屏蔽特性分析

基于自激推挽式磁耦合无线电能传输系统,推导出带有磁屏蔽系统的传输效率表达式,分析了磁屏蔽对系统传输效率的影响机理。利用有限元仿真,研究了三种工况下磁屏蔽与耦合线圈轴向距离变化对耦合系数、谐振频率、线圈负载品质因数和等效电阻造成的影响,进而获得系统传输效率与磁屏蔽的关系。实验方面,基于研制的自激推挽式磁耦合无线电能传输装置,制作了PC95材质的平面型磁屏蔽结构,在传输间距10cm下完成了小功率无线输电实验。通过仿真与实验结果对比,磁屏蔽材料的引入将使磁场更为集中,通过同时影响自激推挽式磁耦合无线电能传输系统的耦合系数、谐振频率、线圈负载品质因数和等效电阻,导致系统传输效率变化,磁屏蔽越靠近发射端其影响将更为显著,只在接收端添加且距离1cm时可获得最大传输效率。

新型磁集成双频DC/DC变换器

双频DC/DC变换器是一种高效的变换器。其高低频单元包含一个高频小电感和一个低频的大电感,使得变换器的重量和体积较大。文中提出一种新型磁集成结构,将运行在不同频率的两电感集成在一个EE磁心,减小了磁元件的重量和体积,提高变换器的功率密度,降低了成本。同现有磁集成方案相比,其能提高低频单元的动态响应速度提升分流效果,同时降低集成磁件的饱和度和磁件损耗。因此该方法可以进一步缩小磁件重量和体积。制作150W双频DC/DC变换器样机,验证了理论分析的正确性。

永磁风力发电系统及其功率变换技术

风能作为一种高效清洁的可再生能源备受关注。作为风力发电领域中主要机型之一,永磁风力发电系统的综合优势较为突出,使其成为风力发电技术发展的重要方向之一。本文重点论述了永磁风力发电系统中永磁同步发电机的结构特点、驱动形式以及运行特性;阐述了永磁风力发电系统中功率变换器的拓扑结构、控制特点及适用场合;分析了永磁风力发电技术的发展趋势。随着风电技术及相关领域技术的飞速发展,永磁风力发电技术将具有广阔的发展前景。

基于FCS-MPC的电能质量综合调节器补偿策略研究

为提高统一电能质量调节器(unified power quality conditioner,UPQC)对电能质量扰动的补偿精度和响应速度,将有限状态模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS?MPC)算法引入到电网侧和负载侧控制器中,通过对补偿量检测环节进行改进,构建预测模型,价值函数以及滚动优化方法,设计了一种基于FCS?MPC算法的UPQC电能质量扰动补偿策略,降低了算法的复杂度和参数调试的繁琐性,有效提高了控制算法的补偿精度和响应速度。该文应用MATLAB/Simulink仿真环境构建仿真模型与控制算法,分别针对电压暂降/暂升补偿、谐波补偿、非线性电流补偿、无功功率补偿、负序分量补偿进行了仿真分析,实验结果验证了所设计方法的正确性和可行性。

电磁耦合谐振式电能传输系统的线圈优化设计与验证

无线电能传输技术可以克服许多有线电能传输方式的不足,如何对线圈进行合理设计及优化是无线电能传输系统设计的关键问题之一。采用有限元方法,对不同结构的发射、接收线圈参数进行分析求解,找到最优的线圈形式,并进行实验验证。搭建电磁耦合谐振式电能传输平台,通过实验研究频率、电压、电流、传输效率等参数,并引入距离变量和模型化分析,得出最大化传输效率的方案,使系统在不同负载下的传输效率均保持在最佳水平。

无线电能传输智能控制系统研究

为解决当前无线电能传输智能控制系统短缺问题,对无线电能传输技术进行分析,阐述了无线电能传输系统电气参数的控制问题,针对目前主流的功率控制方法、频率控制方法展开讨论,最终提出1套无线电能传输智能控制系统设计方案。将数字信号处理技术控制器、工业控制屏等模块高度集成于控制系统中,并结合以频率跟踪模块为核心的无线电能传输电路,达到对系统电源端以及接收端主要电气参量的控制。搭建实验平台并针对不同工作状况进行精度测试,实验表明,该系统在控制精度上满足了要求,使用和维护也比较易于操作,验证了该无线电能传输智能控制系统方案的有效性。

电磁耦合谐振式传能系统的频率分裂特性研究

电磁耦合谐振式无接触电能传输系统的发射侧与接收侧同时工作于谐振状态,补偿电容的引入导致系统在不同工况下可能存在多个谐振点。控制策略选取不当,会导致负载接收功率减少、系统性能大幅下降。首先通过耦合模理论建立电磁耦合谐振系统的高阶数学模型,在此基础上深入分析模式耦合因数及品质因数对系统谐振角频率的影响,并得出不同工况下谐振角频率的变化规律。最后根据理论分析设计了盘式振荡器耦合系统进行实验。测量结果表明,实际频率分裂特性与理论推导的函数关系基本吻合,因此可为谐振式电能传输系统的设计提供参考。

电动汽车动态无线充电紧—强耦合模式分析

针对感应耦合结构近距离、弱偏移,以及谐振耦合式结构易受干扰的问题,提出紧—强耦合协同工作机构。通过建立动态无线充电系统的数学模型,研究其传输特性随品质因数和耦合系数的变化规律。基于有限元仿真,分析了系统的动态传输特性。为提高系统的抗偏移性、降低电磁辐射,在接收线圈装设铁氧体屏蔽结构。通过搭建实验平台对仿真过程进行实验验证,证明了所设计耦合机构的可行性。结果表明所设计的耦合机构具有较高的动态传输性能,并且在85kHz下获得了93.9%的传输效率。

五桥臂逆变器驱动的双永磁同步电机系统占空比优化调制策略

以五桥臂电压源逆变器驱动两台三相永磁同步电机控制系统为研究对象,提出一种适合该系统的占空比优化调制策略。在空间矢量脉宽调制的基础上,分析逆变器驱动信号占空比的取值范围;为满足不同情况下公共桥臂的控制要求,分别对5个桥臂的占空比进行合理优化。该策略在两电机解耦控制的同时,有效减少了两电机受零电压矢量控制的时间,扩展了系统的调速范围,从而能提高直流母线电压的利用率。仿真和实验结果验证了该调制策略的可行性和有效性。

矩阵变换器-永磁同步电机系统

矩阵变换器-永磁同步电机系统具有结构紧凑、能量双向流动以及网侧功率因数调整灵活等特点,是实现高端装备动力部件高控制精度、高功率密度以及高运行效率的有效方案。从功率拓扑结构和控制方式入手,综合其在变流技术和控制技术上的突破性成果,探讨了电机系统运行控制过程中面临的关键问题及其解决方案。展望未来发展,矩阵变换器拓扑结构的创新、变流与控制技术的整合与新型电力电子器件的应用将有力支撑矩阵变换器-永磁同步电机系统在推动装备高端化上取得突破。

一种从能量传递角度出发的DLCC-WPT系统参数设计方法

针对双侧LCC型补偿拓扑的无线电能传输系统(double-sided LCC compensation network wireless power transmission,DLCC-WPT)系统谐振回路多、参数设计复杂的问题,分析DLCC-WPT系统的电路模态,从能量传递路径的角度出发,定义系统的能量传递系数。基于能量传递系数和电路等效品质因数,建立系统电压增益和电流增益的数学模型,确定能量传递系数和电路等效品质因数的合理设计范围,依靠电流增益曲线划分逆变电路功率器件,实现零电压开通(zero voltage switching,ZVS)的工作区域。在此基础上搭建仿真模型和实验样机,对理论分析中的参数设计范围和工作区域进行仿真和实验验证,实验结果显示,在790W的输入功率下,实现90%的传输效率和逆变电路功率器件的软开关。

基于等效开关电路模型的三重化线电压级联型变换器控制

线电压级联型功率变换器是一种以传统两电平六开关电压源型变换器为单元,通过线电压级联方式构成的多重化变换器。由于其具有易于模块化,扩展性强,所需隔离直流电源数少等优点,因此更适合作为网侧变换器用于风力发电系统。通过分析其工作原理与结构特点,提出一种载波移相空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略;并建立统一的等效开关电路模型;通过分析传统的采用集成控制思想所设计的控制系统的不足,从而提出一种改进的控制策略。该策略不仅具备集成控制的优点,且通过增加均压补偿控制环及负序电流抑制环,实现了对多重化变换器中各组成单元传输功率的控制,解决了因各单元传输功率不均衡而造成的直流侧电容电压不均等与交流侧三相线电流不对称等问题。实验结果表明了所提出的控制策略的正确性与有效性。

夹紧力对非晶合金磁特性及铁芯振动的影响研究

非晶配电变压器铁芯搭卷部分工程上大多处于自由状态,造成该部分振动大、碎屑脱落等问题。为改进此问题,该文研究夹紧力对非晶铁芯磁特性及振动特性的影响。首先测量非晶合金带材的磁特性并搭建具有夹紧力作用的非晶合金卷形铁芯磁特性实验平台,对其进行不同夹紧力作用下基础磁化和磁致伸缩特性的测量。基于测量特性数据,对小型非晶样机进行多物理场耦合计算,得到非晶铁芯在不同夹紧应力下磁通及振动分布。为验证分析方法和结果的准确性,对样机进行振动的测量,实现铁芯不同位置振动位移的对比分析。计算和测量结果表明,适当的夹紧力可以有效地抑制非晶合金卷形铁芯的振动。该文在对小型非晶样机电磁振动计算分析和实验对比的基础上,将模型应用于500kVA的非晶配电变压器,实现对其分析测量的对比,为进一步工程上对非晶电力变压器铁芯夹紧力的预处理提供理论支持和分析方法。

基于双处理器架构的开关磁阻电机远程控制系统

开关磁阻电机(SRM)控制装置大多基于单处理器控制模式,存在处理器承担任务过重、执行周期较长等问题,使得装置的可靠性、灵活性和可扩展性受到了很大的制约。本文设计了一种基于DSP+MCU主从控制器双架结构的SRM控制系统,将系统转子位置检测、换相判断以及转速计算等任务独立出来,交给从控制器负责,主从控制器之间通过CAN总线实现数据通信。为保证SRM的控制精度,设计了基于转子位置的准时分原理的通信协议,避免了多种信息的数据碰撞;并对系统延时进行了分析研究,提出了角度补偿控制方案,提高了SRM的驱动性能,实现了SRM远距离实时准确的位置控制。实验结果验证了该设计方案的有效性。

基于γ匹配的磁共振协同工作方式研究

基于四线圈磁共振无线电能传输系统,提出一种磁共振协同工作方式,实现了紧-强耦合协同工作,优化了线圈之间的传输效率。为解决阻抗匹配问题,设计一种具有γ匹配的谐振线圈,并总结其匹配方法。该谐振线圈的输入阻抗可调,能够与输出阻抗为50Ω的高频电源和负载阻抗实现良好的匹配。最后搭建一个磁共振协同工作无线电能传输实验平台,实验结果表明该线圈能够准确匹配高频电源的输出阻抗及负载阻抗,在磁共振协同工作方式中有很好的应用,传输效率能在60cm的传输距离下达到40%。另外,本文的线圈设计方法也为中等距离无线电能传输系统的线圈设计提供了新思路。

基于注意力与长短期记忆网络的变压器代理模型

由于需要考虑换能效率、噪声、体积和质量等因素,电力变压器的设计参数和性能数据往往十分复杂,因此,如何建立变压器代理模型是亟需解决的问题。采用代理模型的优化算法(SBO)能有效解决数值模拟直接优化耗时长的问题。本文用深度学习建立变压器设计参数和性能数据的代理模型,实现变压器性能优化目标的高精度预测,有效降低变压器性能分析与优化所需时间。首先基于长短期记忆网络(LSTM)的深度学习模型,建立非晶合金变压器各个参数间的非线性映射,并加入注意力机制来增强模型的预测效果。最后,通过有限元仿真实验对提出的深度学习代理模型进行验证,并与其他常用的代理模型进行比较,证明了注意力机制与长短期记忆网络代理模型在预测精度方面的优越性。

基于超扭曲算法的永磁同步电机直接转矩控制

针对以电压源逆变器(VSI)馈电的永磁同步电机(PMSM)驱动系统,提出一种基于超扭曲算法的直接转矩控制。该控制策略结合滑模控制、直接转矩控制和空间矢量调制的原理,克服了PI型控制的空间矢量调制-直接转矩控制(DTC-SVM)鲁棒性差与传统滑模控制的DTC-SVM存在抖振的缺点,从而获得良好的稳态与动态性能,同时保证逆变器开关频率近似恒定。实验结果表明,所提方法不仅可以有效减小磁链和转矩脉动,还对系统参数变化具有较强的鲁棒性能。

磁极分段型表贴式永磁电机建模与分析

针对磁极分段型表贴式永磁电机,推导了分段磁极磁化强度表达式,建立了磁场解析模型,进而计算了齿槽转矩与相反电动势。经有限元方法验证,所建立的磁场解析模型具有较高的准确性,可适用于具有任意分段数目的磁极均匀分段表贴式永磁电机。在此基础上,利用该模型对电机电磁性能随不同分段参数的变化规律进行分析,为磁极分段型永磁电机的设计与优化提供新的思路。