无线电力传输仿真
无线充电设备的设计与仿真研究

无线充电设备的设计与仿真研究随着科技的发展,无线充电技术已经逐渐成为智能电子产品市场中不可忽视的一部分。
无线充电设备的出现不仅方便了用户在使用智能设备的过程中免去了繁琐的充电线操作,还减少了电线充电过程中存在的一些潜在危险,这使得越来越多的用户开始关注无线充电设备的使用问题。
设计一款高效、安全、便携的无线充电设备也成为了众多厂商争相研发的一个重要领域。
在本文中,我们将针对无线充电设备的设计与仿真问题展开探讨。
1、无线充电设备技术概述目前应用于无线充电设备上的主流技术有磁共振式充电技术、电感耦合式充电技术、超声波充电技术等。
其中,磁共振式充电技术具有无线传递能量效率高、系统设计简单、带宽大等优点,成为了推广的焦点。
2、无线充电设备设计原理无线充电设备是采用磁共振的原理,通过两个磁共振线圈之间的电磁感应耦合,将能量从充电器传递到电池充电装置,从而实现无线充电的目的。
而磁共振式无线充电设备主要由发射端和接收端两部分组成。
发射端由振荡电路、功率放大器和磁共振线圈组成,接收端由磁共振线圈、整流电路和电池充电装置组成。
3、无线充电设备仿真研究仿真研究是无线充电设备设计过程中必不可少的一部分。
通过对充电器的电路元器件、电源特征参数等进行以及分析,制订出了充电器的电路连接方案,以及针对不同的充电场景进行的系统仿真试验,从而实现了更准确的充电器设计和系统评估。
4、无线充电设备的安全措施无线充电设备的安全问题一直是一个备受关注的问题。
在无线充电设备的设计中,必须采取一定的安全措施,以增加充电设备使用的可靠性和安全性。
一、光电隔离防止漏电伤人光电隔离技术是提高充电器工作安全性能的关键之一。
光电隔离是指通过光纤的光电转换实现电信号的传输,使电源、控制电路与保护电路等电路间实现电气隔离,以防止电源与负载间发生的任何电气因素的泄漏和干扰,从而保证了充电器、配电装置等设备的免于电气事故的发生。
二、开关电源技术采用开关电源与隔离变压器实现直流稳定、安全、环保、经济而适宜的充电方案,在设计方面更加可靠。
一种新型电力无线双信道传输模型

( 1 . 云南大学信息学院 , 云南昆明
摘要 : 电力 系统配网中的各种 衰减干扰导致 电力无线通信具 有较 高的丢 包率和误码率 , 如何有效地提 高传输 的可 靠 性成 了急 需解决的 问题。该 系统模 型是 一种针 对物理层 的改进 方法 , 采用 C R C—R S级联 编码 的无线 双信道 传输信 息。
线通 信 的 可 靠性 。 Nhomakorabea关键词 : 无线通信 ; 双信道 ; C R C; R S ; 可靠性 中图分类号 : T N 9 1 4 . 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 2—1 8 4 1 ( 2 0 1 3 ) 1 0—0 0 8 2— 0 3
Ne w Dua 1 . Cha nn e l S c he me f o r Po we r Wi r e l e s s Co mm u ni c a t i o n
L I Y o n g , ZO NG Ro n g , S HE N C u i — l i , YU J i a n g , C HAN G J u n
( 1 . S c h o o l o f I n f o r ma t i o n S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g , Y u n n a n U n i v e r s i t y , Ku n mi n g 6 5 0 0 9 1 , Ch i n a ; 2 . S c h o o l o f I n f o r ma t i o n E n g i n e e r i n g , Z h e n g z h o u U n i v e si r t y , Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 , C h i n a )
Comsol经典实例017:双绕组圆环天线的无线电能传输仿真

在 COMSOL Multiphysics 5.5 版本中创建Comsol经典实例017:双绕组圆环天线的无线电能传输仿真无线电能传输是指发射单元和接收单元之间的无接触式能量传输,为电气设备提供了一种简便的充电方法,并支持同时对多个设备进行充电。
随着技术的持续发展,无线充电的应用日趋广泛,涵盖手机、日用品、新能源汽车等。
在本案例中,系统全面地介绍如何使用 COMSOL Multiphysics® 对无线充电设备进行多物理场耦合建模仿真,包括:线圈建模、天线激励的设置、天线之间的能量耦合、位置更改对能量传输效率的影响等。
同时,还将结合案例讲解建模设置的要点及注意事项,并演示在 COMSOL® 5.5 中如何对无线充电设备进行仿真。
一、案例简介本例通过研究针对 UHF RFID 频率调谐的两个圆环天线之间的能量耦合,阐述了无线电能传输的概念,并通过片式电感器来减小天线的尺寸。
发射天线的方向固定,而接收天线旋转,我们根据S参数研究最佳耦合构型。
图1 基于接收天线方向计算两个圆环天线之间耦合效应的模型。
空气域和完美匹配层未在此图中显示二、模型定义模型由两个印刷圆环天线组成,天线被带有完美匹配层(PML) 的空气域包围。
对于UFH RFID 通信,天线的工作频率为915 MHz。
薄铜层在2 mm 聚四氟乙烯 (PTFE) 板上形成图案。
铜层的厚度从几何上看非常薄,但它比该频率下铜的集肤深度s =2.15 μm 厚得多,因此将其模拟为理想电导体(PEC)。
通过在每个圆形铜迹线的中间插入代表0805 表面贴装器件的集总电感器,使天线直径减小到约0.22λ0。
在配置为PEC 的每条迹线的分离部分,分配一个具有50 Ω参考阻抗的集总端口来激励或终止天线。
周围需要有完美匹配层才能吸收发射天线的辐射并描述无限自由空间中的天线耦合。
三、结果与讨论图2 显示xy 平面上的电场模分布,以及发射天线的功率流随接收天线旋转角度变化的箭头图。
超高压输电线路无线电干扰仿真与分析

超高压输电线路无线电干扰仿真与分析摘要:利用ANSYS计算导线最大表面场强,在国际公认的激发函数模型基础上,结合表面最大场强计算无线电干扰水平。
以西北地区某750kV超高压交流输电线路为研究对象,计算分析了导线分列数、分裂间距等因素对导线无线电干扰水平的影响,并结合工程实际,从经济性角度考虑,提出合理优化建议,为新建输电线路导线型号的选取提供了有效的技术手段。
关键词:表面场强;输电线路;无线电干扰;ANSYS;激发函数0引言近年来,随着我国电力系统的不断发展,西北地区输电线路距离快速增长,逐渐形成以高铁塔、多分裂导线及同塔多回并架为特征的750kV电力输送主网。
不断提高的电压等级为特高压输电带来了电晕效应问题。
超高压输电线路电晕放电会产生高频磁场,其频率小于30MHz,涵盖了535~1605kHz的广播调幅频段,对正常的无线电通信产生干扰,影响输电线路周围居民无线电广播的收听和电视的收看等。
当导线表面场强>14kV/cm时,导线电晕成为无线电干扰的主要因素。
对于750kV的交流输电线路,导线表面场强一般都大于14kV/cm,所以本文分析导线电晕电流引起的无线电干扰(RI)情况。
线路的无线电干扰由导线、绝缘子或线路金具等的电晕放电或接触不良而产生的火花放电导致的电流脉冲注入导线形成。
其大小与线路参数、电压等级及气候环境有关。
国际无线电干扰特别委员会(CISPR)推荐的无线电干扰计算方法有工程法和激发函数法。
工程法一般用于单回、分裂数不大于4的线路;激发函数法一般用于多回、分裂数大于4的线路,他是导线表面最大电场强度与导线半径的函数。
因此,导线表面场强是无线电干扰计算的基础性数据,其数值的准确度直接影响杆塔和线路的合理布置与选型,应尽可能可能精确计算方法。
本文结合实际情况,以西北地区某750kV超高压交流输电线路为研究对象,采用有限元分析软件ANSYS仿真计算导线表面场强,并基于激发函数法推导了0.5MHz条件下基于激发函数法的无线电干扰计算。
无线电传输在双线圈及四线圈系统中的耦合模理论

Transmission of Wireless Power in Two-Coil and Four-Coil Systems using Coupled Mode TheoryManasi Bhutada, Vikaram Singh, ChiragWartyDept. of Electrical and Electronics EngineeringIntelligent Communication LabMumbai, India无线电传输在双线圈及四线圈系统中的耦合模理论电气与电子工程系智能通信实验室印度,孟买姓名:学号:班级:日期:2016年7月2日Abstract—Wireless Power Transfer (WPT) systems are considered as sophisticated alternatives for modern day wired power transmission. Resonance based wireless power delivery is an efficient technique to transfer power over a relatively long distance. This paper presents a summary of a two-coil wireless power transfer system with the design theory, detailed formulations and simulation results using the coupled mode theory (CMT). Further by using the same theory, it explains the four-coil wireless power transfer system and its comparison with the two-coil wireless transfer power system. A four-coil energy transfer system can be optimized to provide maximum efficiency at a given operating distance. Design steps to obtain an efficient power transfer system are presented and a design example is provided. Further, the concept of relay is described and how relay effect can allow more distant and flexible energy transmission is shown.摘要——无线电源传输(WPT)系统被认为是复杂的现代有线输电的替代品。
电力通信SDH光传输网仿真及规划应用

电力通信SDH光传输网仿真及规划应用摘要:电力通信光传输网由四级骨干传输网分级构成,每级设有若干同步数字体系(SDH)平面和光传送网(OTN)平面,部分区域设有分组传送网(Packet PTN)平面。
电力通信专网是区别于运营商网络的独立系统,承担着安稳控制、继电保护和调度自动化等电力通信关键业务。
关键词:电力通信SDH;光传输网仿真;规划应用;目前公网规划仿真软件工具或侧重于提供网络建设时的工程设计模拟、网络容量分析及成本代价计算,或仅适用于自身特定网络场景,难以匹配电力通信业务的高可靠传输需求;而现有面向电力通信网络的业务路由规划算法研究角度则较为单一,缺乏对风险均衡、负载均衡、电网管理政策等因素的综合考虑。
一、电力通信SDHSDH 是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络。
SDH 传输业务信号时各种业务信号要进入SDH的帧都要经过映射、定位和复用三个步骤:映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器, 再加入通道开销形成虚容器的过程, 帧相位发生偏差称为帧偏移;定位即是将帧偏移信息收进支路单元或管理单元的过程, 它通过支路单元指针或管理单元指针的功能来实现;复用则是将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入高价通道或将多个高价通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程。
其中段开销区主要用于网络的运行、管理、维护及指配以保证信息能够正常灵活地传送, 它又分为再生段开销和复用段开销;净负荷区用于存放真正用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开销字节;管理单元指针用来指示净负荷区内的信息首字节在STM -N 帧内的准确位置以便接收时能正确分离净负荷。
二、电力通信SDH光传输网仿真目前针对电力通信光传输网络建模与仿真方法的研究可分为以下两类:(1)对现有网络仿真软件工具进行二次开发,添加电力通信光传输网络相关模型,实现网中业务/流量传输行为的仿真;(2)对网络中资源进行概括和抽象,构建电力通信光传输网络资源模型,实现对网络资源分配、管理和倒换的仿真。
无线电力传输技术

无线电力传输技术第一篇:无线电力传输技术的概述无线电力传输技术是一种通过无线电波进行能量转移的技术。
在传统的有线电力传输中,能量是通过电缆等物理介质传输的。
而无线电力传输则通过电磁波进行传输,从而实现电力的传输。
无线电力传输技术是一项远古而神秘的技术,早在19世纪末期,尼古拉·特斯拉就通过无线电力传输技术,成功将电力从一端传输到另一端。
但是,在那个时候,由于技术和现有的供电需求不匹配,无线电力传输的应用非常受限。
现代的无线电力传输技术,主要有两种方式,即电磁辐射式无线电力传输和磁感应式无线电力传输。
电磁辐射式无线电力传输主要是通过射频辐射能量进行传输,这种方式适用于近距离无线电力传输。
而磁感应式无线电力传输则是通过磁场能量的传输来实现电力传输,主要适用于远距离无线电力传输。
无线电力传输技术的应用非常广泛,比如工业机器人、无人机等需要无线供电的场合。
此外,在家用电器和移动设备充电领域,无线电力传输技术也越来越被广泛应用。
然而,无线电力传输技术在应用过程中也存在一些问题,比如能量损耗、传输效率等。
随着新材料和新技术的推出,无线电力传输技术在未来有望进一步发展壮大。
第二篇:无线电力传输技术的发展趋势无线电力传输技术在科技领域中发展非常迅速,未来的发展趋势有以下几个方面:首先,无线电力传输技术的效率会逐渐提高。
目前,无线电力传输的效率比有线传输要低很多,这也是制约其应用的主要因素之一。
未来随着新型材料和先进技术的涌现,无线电力传输的效率将会逐渐提高,这将使得其应用范围更加广泛。
其次,无线电力传输技术将会应用到更广泛的场景中。
在现有的家用电器和移动设备充电领域,无线电力传输技术已经开始逐渐普及。
未来,随着新的应用场景的涌现,比如:电动汽车、机器人等更多领域的应用,无线电力传输技术也会得到更多的应用。
最后,无线电力传输技术将会成为应用开发的重点。
无线电力传输技术的本质是通过电磁波将能量传递到接收端。
无线电能传输技术在电力系统中的应用研究

无线电能传输技术在电力系统中的应用研究随着科技的不断发展,人类对电力系统的需求日益增长。
然而,传统的电力输送方式存在一些局限性,如输电线路损耗、电缆成本高昂等问题,给电力系统的可靠性和可持续性带来了一定的挑战。
而无线电能传输技术作为一种新兴的能源传输方式,正逐渐成为电力系统研究的热点领域。
一、无线电能传输技术的基本原理和发展历程无线电能传输技术是一种通过无线电波将能量从发射端传输到接收端的技术。
它的基本原理是利用发射端产生的电磁波,通过对电磁波进行调制和控制,将能量传输到接收端并恢复为电能。
无线电能传输技术的发展历程可以追溯到19世纪末的无线电通信技术,但直到近年来,随着无线电技术和功率电子技术的进步,无线电能传输技术才取得了较大的突破和应用。
二、无线电能传输技术在电力系统中的应用1. 无线电能传输技术在电动汽车充电中的应用电动汽车充电是近年来的一个热门话题。
传统的有线充电方式存在充电效率低、充电设施建设困难等问题。
而无线电能传输技术可以通过地面或道路上的电磁感应装置,实现对电动汽车的无线充电。
这种方式不仅可以提高充电效率,减少充电时间,还可以减少对公共区域的占用和充电桩的建设成本。
因此,无线电能传输技术在电动汽车充电中的应用具有广阔的前景。
2. 无线电能传输技术在无线传感器网络中的应用无线传感器网络是一种由大量节点组成的、能够自组织和自适应的网络系统,可以实时监测和采集环境数据。
然而,传统的无线传感器网络中,节点的电池寿命通常较短,需要频繁更换电池,给维护和管理带来了一定困难。
而无线电能传输技术可以为无线传感器网络提供长时间稳定的能量供应,解决节点电池寿命问题,并延长无线传感器网络的使用寿命。
3. 无线电能传输技术在远程无人岛屿供电中的应用远程无人岛屿供电一直是一个难题,传统的供电方式通常需要铺设长距离的电缆,不仅造成资源浪费,还增加了维护成本。
而无线电能传输技术可以实现对远程无人岛屿的无线供电,大大降低了供电成本,提高了供电可靠性。
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•FDTD
–时间领域的分析
• TDRを直接观察 – SI, PI分析 – 过渡应答
Agilent Technologies Japan Page 15 May 10, 2011
电磁场分析工具的选择基准
Device Complexity / Problem Size
•MoM, FEM
–多Port Application的 効率性分析
•一次执行复数Port的分析 –Package –接合线
•FDTD
–Mesh尺寸为大规模时的 効率性分析
•分析过渡应答 (使用内存少) •分散处理 : 对应GPU加速卡 –汽车、飞行机所搭载的天线模型 –包含人体的生体分析 (e.g., SAR)
Agilent Technologies Japan Page 16 May 10, 2011
Agilent Technologies Japan Page 13 May 10, 2011
电磁场分析工具的选择基准
Planar vs. 3D Geometry
•MoM
–平面构造、多层基板等等 的効率性分析
- IC内的Passive零件 - RF Print基板 - PCB的高速传送路分析 (SI 分析) - 平面天线
电磁场分析类型
MoM (Moment法)
• 3D Planar • 频域
FEM (有限元法)
• Full 3D • 频域
FDTD (时域有限差分法)
• Full 3D • 时域
Agilent Technologies Japan Page 10 May 10, 2011
Moment法 (MoM)
有电荷这个源头存在存在、 从中冒出
没有磁荷这个源头、不会冒出 磁场变化会创造涡状电场
解开Maxwell的方程式 计算电场与磁场的关系 → S参数 电流密度分布 远场放射模式
电场的变化会创造涡状磁场
Agilent Technologies Japan Page 4 May 10, 2011
何谓S参数
基本性电磁场模拟的过程
1. 输入分析构造并定义材质
– 导体、诱电体、磁性体等等
2. 将励振源与感应器定义成Port
– 频域 : steady state sources – 时间领域 : transient sources
3. 将分析构造分割成mesh (cell)
– 2D : 三角形, 四角形, etc – 3D : 四面体, 六面体, etc
Device Complexity/ Problem Size Moderate Complexity
High # Mesh Cells
FDTD
“I like Frequency Domain”
“I like Time Domain” Personal Preference
FEM / MoM
FDTD
Agilent Technologies Japan Page 3 May 10, 2011
何谓电场・磁场的分析?
电荷保存・磁束保存 高斯 安培 法拉第
电流
电场
电流变化 → 发生磁场 磁场变化 → 发生电场
N
磁场
Maxwell方程式
磁场 S
非电荷移动的电流 (电容器电极之间) →引进变位电流 总结 → Maxwell以方程式记述
1. 2. 3. 传送损失 挿入相位 群迟延
S21
输出接口
S 21 S 22
输入接口
Agilent Technologies Japan
Page 5
May 10, 2011
引进S参数的优势
l
反射、通过、其相位变化的信息全都在各周波数之中
S参数表记例 Touchstone档案形式
l l
l
可以连接Cascode 测定较为轻松(S参数测定不须要Open、Short) 其他的Y,Z等参数可变换成数式
MIT型的共鸣型无线供电系统[1]
Agilent Technologies Japan Page 20 May 10, 2011
共鸣型无线供电系统 (1天线导体型)
证明实验模型 确认到距离25 cm传送効率が82 %的成果 螺旋天线 半径 : r = 150 [mm] 导线直径 : a= 2.0 [mm] 导线Gap : p = 5 [mm] 圈数 : n = 5 线圈材质 : 铜
•实测比较
–把握输入到实测环境与电磁场分析的模型・设定上的差异 –完全等价 → 时间、金钱成本的増加
•DUT治具的带宽、治具特性的De-Embedding
–随着用途
•把握倾向 → 把握形状、材质变化所造成的特性变化 •将无法测定的环境性零件的书库化 → 追求与实测的一致性
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Agilent Technologies Japan May 10, 2011
Page 11
I1 S1
I2 S2
I3
[Z].[I]=[V]
Agilent Technologies Japan May 10, 2011
有限要素法 (FEM)
–Full 3D, 频域 –将任意的3次元构造制作 成正确的模型:
•将电场当作未知数来分析 •定义分析空间的境界条件
–周波数应答的分析:
•分析Mesh间的电场 •一口气分析所有Port励振
Agilent Technologies Japan Page 18 May 10, 2011
无线电力传送技术的概要
•实情与现状的问题点
•非接触型电力供给系统、从以前就有开始研究、实用化、其大多为利用 电磁诱导原理的系统、要同时满足传送効率与传送距离面临很大的课题。 近年、MIT提出了「磁气共鸣」这种方式、基于这个理论制作了试作机来 证明高输出、高効率、长距离传送的可能性。其设计必须要有回路理论、 电磁场理论等多种的知识。
l
电场结合型的共鸣型无线供电系统[2]
Agilent Technologies Japan Page 22 May 10, 2011
Agenda
1. 电磁场分析手法的特征 2. 磁气共鸣型电力传送分析事例
2-1. 平面线圈形状的分析例 3D-planar EM Tool的适应 2-2. Meander Line 形状的分析例 3D-planar EM Tool的适应 2-2. 立体线圈形状的分析例 Full 3D EM Tool的适应
电磁谐振型无线电力传送的 电磁场分析案例
Agilent Technologies Japan Page 1 May 10, 2011
Agenda
1. 电磁场分析手法的特征 2. 磁气共鸣型电力传送分析事例
2-1. 平面线圈形状的分析例 3D-planar EM Tool的适应 2-2. Meander Line 形状的分析例 3D-planar EM Tool的适应 2-3. 立体线圈形状的分析例 Full 3D EM Tool的适应
–3D-Planar, 频域 –将平面多层构造剖分为网 格:
•将导体层分割成Mesh •将电流当作未知数来分析 •事先计算多层构造(基板)来制作 模型 (Green’s functions) •将x-y平面当作无限大小的诱电体
B1(r)
B2(r)
B3(r)
–频域分析:
•分析Mesh间的电流 •一次分析所有Port励振
•FEM, FDTD
–任意的3次元形状
连接器 接合线 Package 导波路 3D 天线
Agilent Technologies Japan Page 14 May 10, 2011
电磁场分析工具的选择基准
Response / Analysis Type
•MoM, FEM
–频域的分析
• 拥有高Q特性的Application – RF / MW Filter – 共振器
拥有振幅与相位情报的矩阵
• 将传送线路的特性、用信号的反射成分、传送成分、显示在周波数轴
输入信号
传送信号
2接口的不平衡S参数
反射信号
S21
透镜、陵镜的 意象图
反射系数 → S11,S22
1. 2. Return Lost VSWR(定在波比)
S11
被测定物
S22
S11 S12
3.
复素阻抗
S12
传送系数 → S21,S12
Agilent Technologies Japan Page 19 May 10, 2011
共鸣型无线供电系统 (MIT型)
S A D B
MIT的证明实验模型[1] 确认到距离2.1 m传送効率40 %的成果 A, B Loop线圈 半径 : r = 250 [mm] 导线直径 : a= 3.0 [mm] S,D线圈 线圈长 : a = 200 [mm] 半径 : r = 300 [mm] 导线直径 : a= 3.0 [mm] 圈数 : n = 5.25 线圈材质 : 铜
4. 用Maxwell方程式计算各个 Mesh (cell) 使用的 电磁场
– 频域 : 定常状态を计算 – 时间领域 : 过渡应答を计算
5. 显示分析结果
– S-parameters, TDR, 天线放射模式、电场 磁场分布, etc
Agilent Technologies Japan Page 9 May 10, 2011
Agilent Technologies Japan Page 12 May 10, 2011
有限差分时间领域法 (FDTD)
–Full 3D, 时间领域 –将任意的3次元构造制 作成正确的模型:
•将电场与磁场当作未知数 来分析 •定义分析空间的境界条件
t1
t2
–过渡应答的分析: