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水下电场式无线电能传输四极板耦合器的建模与特性分析 被引量:1
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作者 李成 曲小慧 +1 位作者 孔凡雷 马春伟 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第5期1902-1912,I0024,共12页
相较于常被视为绝缘体的空气,水介质中离子浓度影响其导电性,进而水下电场式无线电能传输耦合器的模型与空气中不同,极板间可同时存在电容和电导,且为防腐蚀而引入极板的绝缘介质层亦会带来额外电容,为耦合器建模带来挑战。考虑实际应... 相较于常被视为绝缘体的空气,水介质中离子浓度影响其导电性,进而水下电场式无线电能传输耦合器的模型与空气中不同,极板间可同时存在电容和电导,且为防腐蚀而引入极板的绝缘介质层亦会带来额外电容,为耦合器建模带来挑战。考虑实际应用场景中淡水和海水的电导率,文中以常用的四极板耦合器为对象,提出其等效模型。首先,经理论分析和有限元仿真得到可忽略水域容纳的频率范围,推导出耦合器无绝缘介质层时的六电导及其简化Π电导模型,并给出模型中参数计算与测量方法;接着,考虑绝缘介质层产生的电容,基于简化Π电导模型,提出完整的耦合器模型。模型中耦合器等效电容仅与绝缘层材料与厚度相关,不受水域中传输距离的影响,可有效指导耦合器和补偿网络的设计。最后,搭建实验样机,模拟实际淡水和海水环境下的实验结果,证明所提出模型的正确性。 展开更多
关键词 电场无线电能传输 耦合器建模 水下环境 电导率
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基于频率切换实现恒流/恒压输出的电场耦合无线电能传输系统 被引量:3
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作者 苏玉刚 颜志琼 +3 位作者 胡宏晟 孙跃 刘哲 刘书柏杨 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期1553-1564,I0025,共13页
电场耦合无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,EC-WPT)技术的实际应用中,有些用电设备需要系统具有不同的恒定输出特性(恒流/恒压),即系统输出电压或输出电流与负载解耦,此外,系统还需具备在恒流、恒压模式间... 电场耦合无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,EC-WPT)技术的实际应用中,有些用电设备需要系统具有不同的恒定输出特性(恒流/恒压),即系统输出电压或输出电流与负载解耦,此外,系统还需具备在恒流、恒压模式间按需切换的功能。针对该需求,基于LC-CLC谐振网络提出1种具有恒流/恒压输出特性的EC-WPT系统,分析LC-CLC谐振网络特性,推导恒流/恒压输出特性的实现条件以及恒流频率和恒压频率的计算方法,并给出系统参数设计方法,分析系统对工作频率的敏感性。最后通过仿真和实验验证所提出的EC-WPT系统恒流/恒压输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。实验结果表明所提出的系统在输入电压恒定的不同负载工况下分别实现2 A的恒流输出以及96 V的恒压输出,其最大传输效率分别为87.83%及88.17%。 展开更多
关键词 电场耦合无线电能传输系统 频率切换 恒流 恒压 谐振网络
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电场耦合式无线电能传输技术的发展现状 被引量:20
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作者 于宙 肖文勋 +1 位作者 张波 丘东元 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期1051-1069,共19页
电场耦合式无线电能传输(ECPT)是一种通过金属极板之间的耦合电容实现能量无线传输的技术,以其良好的传能特性、不产生涡流、成本低、损耗低等优点获得了广泛的关注,成为当下无线电能传输研究的一个热点。该文首先介绍ECPT技术的发展历... 电场耦合式无线电能传输(ECPT)是一种通过金属极板之间的耦合电容实现能量无线传输的技术,以其良好的传能特性、不产生涡流、成本低、损耗低等优点获得了广泛的关注,成为当下无线电能传输研究的一个热点。该文首先介绍ECPT技术的发展历程和基本原理;然后对近年来国内外ECPT技术的研究成果进行分析和系统综述,具体论述ECPT的耦合机构、电路结构、系统控制、电磁安全、电场与磁场混合耦合等方面的各种技术的特性、改进过程、适用场合和存在的问题,并总结了适用于不同应用场景的ECPT技术;最后对未来研究方向进行展望。 展开更多
关键词 无线电能传输电场 耦合式无线电能传输 耦合 机构补偿网络 电磁安全
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具有恒压输出特性的电场耦合式动态无线电能传输技术 被引量:8
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作者 唐丁源 周玮 +2 位作者 黄亮 麦瑞坤 何正友 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第20期5385-5397,共13页
电场耦合式无线电能传输(EC-WPT)技术具有耦合机构轻、涡流损耗小和抗偏移性强等优势,这些优势很好地契合了动态无线电能传输系统的需求。但是,耦合参数和负载电阻的时变性会对EC-WPT系统的输出电压平稳性产生影响。因此,该文提出一种... 电场耦合式无线电能传输(EC-WPT)技术具有耦合机构轻、涡流损耗小和抗偏移性强等优势,这些优势很好地契合了动态无线电能传输系统的需求。但是,耦合参数和负载电阻的时变性会对EC-WPT系统的输出电压平稳性产生影响。因此,该文提出一种具有变负载与过分段恒压输出特性的动态EC-WPT系统。基于反混合G参数建立多端口电场耦合机构数学模型和等效电路,在此模型上提出兼具极板恒压与输出恒压特性的高阶补偿网络,并分析发射端同侧耦合对系统谐振的影响。理论分析表明,所设计的动态EC-WPT系统兼具变负载和过分段输出电压平稳的特性,同时论证了同侧耦合对系统谐振的影响为感性。实验结果显示,当直流侧负载从100Ω切换到30Ω时,系统输出电压变化率最大为11.58%,变负载电压基本恒定。30Ω负载下系统动态经过供电分段时输出电压跌落最大为2.33%,100Ω负载下系统动态经过供电分段时则为2.06%,过供电分段输出电压基本保持恒定。 展开更多
关键词 动态无线电能传输 电场耦合式无线电能传输 变负载 过分段 恒压输出
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N阶双侧LC补偿的电场耦合式无线电能传输系统 被引量:1
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作者 熊乔 邵英 +1 位作者 孙盼 孙军 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2022年第6期22-27,34,共7页
补偿网络在电场耦合式无线电能传输系统中起着抬升极板间电压、补偿系统无功功率、设定系统增益等至关重要的作用,是近年来近场耦合无线电能传输研究领域的重点研究方向之一。但是,目前的相关文献普遍采用直接分析阻抗或者增益的方法对... 补偿网络在电场耦合式无线电能传输系统中起着抬升极板间电压、补偿系统无功功率、设定系统增益等至关重要的作用,是近年来近场耦合无线电能传输研究领域的重点研究方向之一。但是,目前的相关文献普遍采用直接分析阻抗或者增益的方法对补偿网络的特性进行分析研究,这类方法的通用性、适应性和直观性均比较差。针对该问题,提出了一种基于戴维宁电源等效和模块化思想的方法,对一系列具有N阶双侧LC补偿结构的复杂高阶电场耦合式无线电能传输系统进行建模与分析。仿真结果表明:该方法正确可行,能够非常方便且直观地对系统的恒定输出条件、增益、输入-输出阻抗特性以及系统效率等进行分析。 展开更多
关键词 电场耦合式无线电能传输 戴维宁等效 双侧LC补偿
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基于电场耦合的电能信号并行传输系统串扰抑制方法 被引量:6
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作者 苏玉刚 邓晨琳 +3 位作者 胡宏晟 孙跃 李雨蒙 邓仁为 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期1613-1626,共14页
针对较大功率电场耦合无线电能传输系统信号双向高速传输的需求,该文提出一种基于部分能量通道的电能与信号并行传输系统的串扰抑制方法。通过对所提出的系统拓扑进行分析,给出了电能传输增益表达式与电能串扰增益表达式,并分析了阻波... 针对较大功率电场耦合无线电能传输系统信号双向高速传输的需求,该文提出一种基于部分能量通道的电能与信号并行传输系统的串扰抑制方法。通过对所提出的系统拓扑进行分析,给出了电能传输增益表达式与电能串扰增益表达式,并分析了阻波电路参数变化对电能串扰增益的影响;基于交流阻抗法及香农定理分别给出了信号传输增益及信道容量表达式,分析了信号支路参数对信道容量的影响;在综合考虑信号传输增益、信道容量及阻波电路参数敏感性的情况下,给出系统信号支路参数的设计方法。该方法能保证系统在较大功率下降低电能串扰,保障信号稳定传输,实现信号的双向高速传输。通过仿真与实验验证了所提出的拓扑和参数设计方法的有效性。搭建的实验装置实现了传输530.4 W的电能,23.28 Mbit/s信号正向传输速度和24.2428 Mbit/s信号反向传输速度。 展开更多
关键词 电场耦合式无线电能传输 信号双向传输 电能串扰 参数设计
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基于CLLC-CL补偿拓扑的电场式移动供电系统研究 被引量:6
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作者 李明轩 李乔 +2 位作者 陈阳 李伟华 麦瑞坤 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第11期3328-3336,共9页
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... 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。 展开更多
关键词 电场无线电能传输 CLLC-CL补偿 移动供电 耦合机构 磁悬浮列车
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