与传统接触式充电方式相比,采用感应式电能传输IPT(inductive power transfer)系统给自主水下航行器AUVs(autonomous underwater vehicles)充电更加方便和安全。为了解决AUV船体中心磁场强和由波浪引起的旋转偏移导致传输功率剧烈波动...与传统接触式充电方式相比,采用感应式电能传输IPT(inductive power transfer)系统给自主水下航行器AUVs(autonomous underwater vehicles)充电更加方便和安全。为了解决AUV船体中心磁场强和由波浪引起的旋转偏移导致传输功率剧烈波动的问题,提出1种具有新型耦合结构的三相IPT系统。耦合器由3个发射线圈和4个反向交替串联的接收线圈组成,该结构有利于抑制中心磁场并提高抗旋转偏移性能。Maxwell仿真结果表明,在船体旋转时,等效互感Meq波动小于2%,同时AUV中心磁场始终保持在较低水平。此外,为简化系统分析,采用1种无源元件解耦的方法对3个发射线圈进行解耦。搭建了1台基于LCC-S补偿拓扑的实验样机来验证系统的可行性,实验结果表明,当AUV旋转时,传输功率为536~595 W,最大波动率为9.91%,系统直-直最高效率为86.28%。展开更多
传统的感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统采用单相全桥谐振逆变器,由于受到功率器件的容量限制,IPT系统的输出功率较低。为实现IPT系统大功率输出,构建了基于阶梯波移相合成方法的级联型多电平逆变器的IPT系统,并详细分...传统的感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统采用单相全桥谐振逆变器,由于受到功率器件的容量限制,IPT系统的输出功率较低。为实现IPT系统大功率输出,构建了基于阶梯波移相合成方法的级联型多电平逆变器的IPT系统,并详细分析其工作原理和功率自平衡特性。在此基础上,建立谐波消除方程,得到移相角与脉宽的显式解,从而避免求解高次超越方程。在消除3次谐波的基础上,通过改变移相角与脉宽,不需增加DC-DC环节便能实现IPT系统输出功率的连续调节。仿真和实验验证了IPT系统的级联型逆变器输出功率为1.6 kW时,每个全桥单元的输出功率约为800 W,且级联逆变器的输出电压的3次谐波被完全消除,同时能连续调节IPT系统的功率。这种基于阶梯波移相合成方法的级联型多电平逆变器可望在大功率IPT系统中得到应用。展开更多
为了简化感应电能传输(inductive power transfer,IPT)电池充电系统原边与副边电路的设计和控制复杂性,该文提出通过在原边电路加入一个附加电容和一个半导体开关的方法实现对电池恒流恒压切换充电,无需调节逆变器直流输入电压、原边移...为了简化感应电能传输(inductive power transfer,IPT)电池充电系统原边与副边电路的设计和控制复杂性,该文提出通过在原边电路加入一个附加电容和一个半导体开关的方法实现对电池恒流恒压切换充电,无需调节逆变器直流输入电压、原边移相控制及副边加入调压电路。恒流模式时,配置的补偿电容完全补偿原边线圈;恒压模式时,只需一个开关切出或者切入附加电容。该方法只需简单的通信(用于充电模式切换),没有复杂的控制策略,结构简单,成本低。实验表明,所提出方法输出的恒流和恒压随着电池等效负载电阻改变而轻微变化,但结果仍然满足电池充电要求。展开更多
为实现感应电能传输(inductivepowertransfer,IPT)系统在负载变化下的恒定电压和高效电能输出,提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的恒压输出和基于阻抗匹配技术的最大效率跟踪的复合控制...为实现感应电能传输(inductivepowertransfer,IPT)系统在负载变化下的恒定电压和高效电能输出,提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的恒压输出和基于阻抗匹配技术的最大效率跟踪的复合控制方法。首先,分析LCC-S型IPT系统的参数与效率、输出功率的关系,通过参数优化设计使最优效率达到最大化;然后,在副边采用基于Buck-Boost电路的阻抗匹配技术以实现最大效率跟踪,同时在原边设计一阶LADRC对输出电压进行闭环控制,并给出控制器参数选取规则,所提复合控制方法保证效率和电压2个控制回路之间的解耦运行;最后,搭建实验平台对理论分析进行验证。实验结果表明,当负载电阻从满载到轻载变化时,所提系统可以实现恒压输出,整体效率保持在85.7%,与比例积分控制相比,LADRC对负载扰动和参考电压扰动具有更好的输出电压动态调节作用。展开更多
在电池充电中,感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统通常需要实现恒流(constant current,CC)和恒压(constant voltage,CV)输出。同时,IPT系统的线圈偏移是难以避免的,因此系统同时需要具有抗偏移能力。文中提出一种基于混合...在电池充电中,感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统通常需要实现恒流(constant current,CC)和恒压(constant voltage,CV)输出。同时,IPT系统的线圈偏移是难以避免的,因此系统同时需要具有抗偏移能力。文中提出一种基于混合钳位拓扑的IPT系统,利用钳位电路实现CC到CV的自动切换,通过四线圈结构的混合拓扑提高系统的抗偏移性能,简化系统控制复杂性。最后,搭建一个400 W的原理样机,验证所提方法的正确性和有效性。负载在5~100Ω范围变化时,系统在X轴方向偏移达52.5%和Z轴方向偏移为17.5%的情况下,CC模式下的输出电流和CV模式下的输出电压波动始终小于5%。展开更多
针对感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统多负载条件下能量传输效率问题研究频率与效率的关系,并从系统能量流动的角度解释效率特性。为了验证最大传输效率结论的正确性,采用双工作模式切换的电流调节方法和离散准滑模控制...针对感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统多负载条件下能量传输效率问题研究频率与效率的关系,并从系统能量流动的角度解释效率特性。为了验证最大传输效率结论的正确性,采用双工作模式切换的电流调节方法和离散准滑模控制策略来维持原边谐振电流(激磁电流)的恒定。基于系统能量平衡函数关系,建立关于激磁电流峰值包络的系统离散变结构模型,构建具有重置积分环节的切换函数来改善系统的稳态响应。实验结果表明,当工作频率偏离副边固有谐振频率时,系统效率最大,合理的积分增益可以使系统具有较好的控制性能,对于负载大范围变化具有较强的鲁棒性,如当负载完全拿开时,控制器经过时长约为5 ms的调节,激磁电流最终稳定在参考值,表现出较好的抗扰动性,且系统效率均保持90%以上。展开更多
恒压CV(constant-voltage)输出双边LCC补偿感应电能传输IPT(inductive power transfer)系统存在轻载效率低的问题,为了优化CV输出双边LCC补偿IPT系统轻载效率,基于求解近似最优解思想,提出1种双边LCC补偿拓扑的参数设计方法。分析了CV...恒压CV(constant-voltage)输出双边LCC补偿感应电能传输IPT(inductive power transfer)系统存在轻载效率低的问题,为了优化CV输出双边LCC补偿IPT系统轻载效率,基于求解近似最优解思想,提出1种双边LCC补偿拓扑的参数设计方法。分析了CV输出时零相位角ZPA(zero phase angle)条件及松耦合线圈损耗,通过搭建6.6 kW的实验原理样机进行实验验证。实验结果表明,所提补偿参数设计方法可以提高系统效率,尤其是轻载效率,6.6 kW满载效率为95%,1.32 kW轻载效率可达93%。展开更多
感应耦合电能传输(inductive power transfer,IPT)系统中,由于器件老化、升温、参数容差等原因会使系统原边回路失谐,导致逆变器开关损耗增大,发热增加,系统效率降低;为了保持IPT系统原边谐振,提出一种基于辅助逆变器的动态调谐方法。首...感应耦合电能传输(inductive power transfer,IPT)系统中,由于器件老化、升温、参数容差等原因会使系统原边回路失谐,导致逆变器开关损耗增大,发热增加,系统效率降低;为了保持IPT系统原边谐振,提出一种基于辅助逆变器的动态调谐方法。首先,主要针对系统原边呈容性的情况,详细分析串–串补偿型IPT系统的效率和原边失谐程度之间的关系;然后,分析调谐原理并提出调谐方案,通过检测主逆变器的输出电压和电流的相位差调节两个逆变器间驱动信号相位,来动态调节主逆变器的输出阻抗,达到调谐目的;最后,搭建实验平台,在原边回路不同失谐程度下进行动态调谐的实验。结果表明,该调谐装置可实现系统的动态调谐,并能有效提高系统效率。动态调谐系统能将15%容差时的系统效率由86.2%提高到92.8%,最大提高了6.6%,有效减少系统的发热。展开更多
为实现高效高可靠的感应式无线电能传输(inductive power transfer,IPT),其耦合机构的原边和副边侧线圈应保持精准对齐,但在很多应用中线圈偏移不可避免。因此,文中提出一种具有高抗偏移特性通用复合式IPT耦合器,该复合式IPT耦合器通过...为实现高效高可靠的感应式无线电能传输(inductive power transfer,IPT),其耦合机构的原边和副边侧线圈应保持精准对齐,但在很多应用中线圈偏移不可避免。因此,文中提出一种具有高抗偏移特性通用复合式IPT耦合器,该复合式IPT耦合器通过结合一个4线圈的BP耦合器和一个高阶的PS-S或S-SP补偿网络,可有效实现高抗偏移能力,适用于任意补偿网络。同时,高阶网络的接入,使得BP耦合器原边或副边同一侧两个交叠的线圈可有效解耦,简化设计。另一侧两个交叠的线圈虽仍然相互耦合,但其参数设计只需考虑交叉耦合足够小即可,进一步简化BP耦合器的设计难度,无需迭代重复设计。最后,基于该复合式IPT耦合器构建一台3kW的抗偏移IPT系统,采用S-S补偿网络,输出不受负载和耦合变化影响的恒定电流,适合于电动汽车电池充电场合,实验结果验证了理论分析的正确性。展开更多
文摘传统的感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统采用单相全桥谐振逆变器,由于受到功率器件的容量限制,IPT系统的输出功率较低。为实现IPT系统大功率输出,构建了基于阶梯波移相合成方法的级联型多电平逆变器的IPT系统,并详细分析其工作原理和功率自平衡特性。在此基础上,建立谐波消除方程,得到移相角与脉宽的显式解,从而避免求解高次超越方程。在消除3次谐波的基础上,通过改变移相角与脉宽,不需增加DC-DC环节便能实现IPT系统输出功率的连续调节。仿真和实验验证了IPT系统的级联型逆变器输出功率为1.6 kW时,每个全桥单元的输出功率约为800 W,且级联逆变器的输出电压的3次谐波被完全消除,同时能连续调节IPT系统的功率。这种基于阶梯波移相合成方法的级联型多电平逆变器可望在大功率IPT系统中得到应用。
文摘为了简化感应电能传输(inductive power transfer,IPT)电池充电系统原边与副边电路的设计和控制复杂性,该文提出通过在原边电路加入一个附加电容和一个半导体开关的方法实现对电池恒流恒压切换充电,无需调节逆变器直流输入电压、原边移相控制及副边加入调压电路。恒流模式时,配置的补偿电容完全补偿原边线圈;恒压模式时,只需一个开关切出或者切入附加电容。该方法只需简单的通信(用于充电模式切换),没有复杂的控制策略,结构简单,成本低。实验表明,所提出方法输出的恒流和恒压随着电池等效负载电阻改变而轻微变化,但结果仍然满足电池充电要求。
文摘为实现感应电能传输(inductivepowertransfer,IPT)系统在负载变化下的恒定电压和高效电能输出,提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的恒压输出和基于阻抗匹配技术的最大效率跟踪的复合控制方法。首先,分析LCC-S型IPT系统的参数与效率、输出功率的关系,通过参数优化设计使最优效率达到最大化;然后,在副边采用基于Buck-Boost电路的阻抗匹配技术以实现最大效率跟踪,同时在原边设计一阶LADRC对输出电压进行闭环控制,并给出控制器参数选取规则,所提复合控制方法保证效率和电压2个控制回路之间的解耦运行;最后,搭建实验平台对理论分析进行验证。实验结果表明,当负载电阻从满载到轻载变化时,所提系统可以实现恒压输出,整体效率保持在85.7%,与比例积分控制相比,LADRC对负载扰动和参考电压扰动具有更好的输出电压动态调节作用。
文摘针对感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统多负载条件下能量传输效率问题研究频率与效率的关系,并从系统能量流动的角度解释效率特性。为了验证最大传输效率结论的正确性,采用双工作模式切换的电流调节方法和离散准滑模控制策略来维持原边谐振电流(激磁电流)的恒定。基于系统能量平衡函数关系,建立关于激磁电流峰值包络的系统离散变结构模型,构建具有重置积分环节的切换函数来改善系统的稳态响应。实验结果表明,当工作频率偏离副边固有谐振频率时,系统效率最大,合理的积分增益可以使系统具有较好的控制性能,对于负载大范围变化具有较强的鲁棒性,如当负载完全拿开时,控制器经过时长约为5 ms的调节,激磁电流最终稳定在参考值,表现出较好的抗扰动性,且系统效率均保持90%以上。
文摘感应耦合电能传输(inductive power transfer,IPT)系统中,由于器件老化、升温、参数容差等原因会使系统原边回路失谐,导致逆变器开关损耗增大,发热增加,系统效率降低;为了保持IPT系统原边谐振,提出一种基于辅助逆变器的动态调谐方法。首先,主要针对系统原边呈容性的情况,详细分析串–串补偿型IPT系统的效率和原边失谐程度之间的关系;然后,分析调谐原理并提出调谐方案,通过检测主逆变器的输出电压和电流的相位差调节两个逆变器间驱动信号相位,来动态调节主逆变器的输出阻抗,达到调谐目的;最后,搭建实验平台,在原边回路不同失谐程度下进行动态调谐的实验。结果表明,该调谐装置可实现系统的动态调谐,并能有效提高系统效率。动态调谐系统能将15%容差时的系统效率由86.2%提高到92.8%,最大提高了6.6%,有效减少系统的发热。
文摘为实现高效高可靠的感应式无线电能传输(inductive power transfer,IPT),其耦合机构的原边和副边侧线圈应保持精准对齐,但在很多应用中线圈偏移不可避免。因此,文中提出一种具有高抗偏移特性通用复合式IPT耦合器,该复合式IPT耦合器通过结合一个4线圈的BP耦合器和一个高阶的PS-S或S-SP补偿网络,可有效实现高抗偏移能力,适用于任意补偿网络。同时,高阶网络的接入,使得BP耦合器原边或副边同一侧两个交叠的线圈可有效解耦,简化设计。另一侧两个交叠的线圈虽仍然相互耦合,但其参数设计只需考虑交叉耦合足够小即可,进一步简化BP耦合器的设计难度,无需迭代重复设计。最后,基于该复合式IPT耦合器构建一台3kW的抗偏移IPT系统,采用S-S补偿网络,输出不受负载和耦合变化影响的恒定电流,适合于电动汽车电池充电场合,实验结果验证了理论分析的正确性。
