谐振耦合式无线电力传输系统matlab建模
基于MATLAB的电动汽车无线充电系统仿真

基于MATLAB的电动汽车无线充电系统仿真摘要:本文根据磁耦合谐振式无线电能传输原理,设计无线充电系统,对电动汽车无线充电特性进行分析。
根据谐振原理和等效电路理论,确定工作频率范围、电感值和补偿电容值,设计SS型耦合谐振式电路参数。
基于MATLAB 软件搭建仿真模型。
选取合适的参数进行仿真实验,对应传输效率为97.8%。
关键词:电动汽车;无线充电系统;磁耦合谐振式前言随着科技的不断进步,越来越多的电子电器行业都在涉足无线充电技术领域。
无线充电技术是一种利用磁场来传输能量,不需要电线进行传输的技术。
无线充电系统避免了漏电等安全隐患,充电过程不会对人体造成辐射和危害,且在电动汽车等领域中,也不会影响其他电子设备的正常运行[1]。
此外,无线充电还具备电满自停功能,可避免过多能源的浪费,更能够满足环保节能的要求[2]。
本文以电动汽车充电为研究背景,根据磁耦合谐振式无线电能传输原理,设计了无线充电系统,对电动汽车充电特性进行分析。
1无线充电原理电动汽车无线充电系统主要由发射器和接收器组成。
发射器一般由两个部分组成:电源和电磁线圈。
电源通过电磁线圈将电能转换成交流电后传输到接收器。
接收器也由电磁线圈和电路组成。
电磁线圈接收来自发射器的电能,并将线圈产生的电能转换为直流电以供电动汽车使用。
电磁共振式、电磁感应式、磁耦合谐振式和无线电波式是目前来说四种常见的无线充电技术。
它们各自具有不同的优缺点和适用范围[3]。
本文选择了磁耦合谐振式无线充电技术。
考虑到电感中导线的阻值无法忽略,为了分析补偿网络建立了含线圈电阻的电路模型,如下图1所示。
图1含线圈电阻电路模型图2是松耦合变压器电路等效模型,表示了互感M和原、副边漏感,增加了原副线圈电流ip和is流向。
图2等效模型根据KVL可得原副边的电压和电流关系:传输效率为:原、副边谐振频率f p和f s为:原、副边品质因数Qp和Qs为:耦合系数K的计算公式:2 实例分析2.1仿真参数根据表1参数进行相关设计,确定线圈电感值。
基于Matlab的LC并联谐振回路的建模与仿真

基于Matlab的LC并联谐振回路的建模与仿真作者:廖延初来源:《海峡科学》2008年第05期[摘要] 在电路分析中经常遇到谐振电路,由于这类电路在选频放大领域有极为广泛的应用,因此有必要对电路的特性加以讨论研究,该文首先介绍电路基本模型,以LC并联谐振回路为例建立数学模型,然后用Matlab语言对谐振电路进行仿真并绘制出输出电压的幅频特性图。
[关键词] LC并联谐振回路 Matlab 回路阻抗随着计算机软件业的发展,用于模拟电路仿真的软件越来越多。
Matlab是最近比较流行的数学软件,它可以直接处理矩阵或者数组,语句精炼、编程效率高。
Matlab语言为用户提供了一个方便的图形仿真工具,用户可以在它的元件库里找到各种需要的元件,在新建的模型界面里建立一个电路模型,再利用它的仿真功能,在Scope模块上看到仿真结果。
用户可以根据实际的需要反复修改各个重要元器件的参数值,方便地看到每次仿真的图形。
在学校硬件设施有限、科研经费不足的情况下, Matlab仿真分析的应用必将大大提升科教事业的研究水平。
1 LC并联谐振回路的数学建模LC并联谐振回路是一种LC选频放大器,又称为LC调谐放大器,它是由LC并联在一起构成的,是选频放大器中经常用到的谐振回路[1],如图1所示。
图1 LC并联谐振电路图1中R表示回路的等效损耗电阻。
由图可知LC并联谐振回路的等效阻抗为 (1)若设R (2)由式(2)可得到并联谐振回路的谐振频率为或 (3)根据回路谐振时,回路的等效阻抗为纯电阻性质,即可得到。
这样,这就是回路的谐振频率。
谐振时,回路的等效阻抗为纯电阻性质,其值最大,即 (4)式中称为回路品质因数,是用来评价回路损耗大小的指标。
由于谐振抗呈纯电阻性质,所以信号源电流与输出电压同相。
下面将用Matlab6.1软件进行仿真这个电路,我们对各个参数的值进行修改,可以方便地看到它的输出波形变化。
2 用Matlab建立仿真模型和分析Matlab6.1中提供了用于模拟电路仿真的的Power System Blockset工具箱[2],同其它的模拟仿真软件一样,在仿真之前我们要先建立电路模型,Matlab软件在Simulink Library库里提供了各种电器元件,在这里我们可以找到我们建立电路模型所需要的元件,把我们所需要的元件用鼠标拖放到新建的model文件下,然后连接成我们需要的电路。
磁耦合谐振式无线电能传输系统的无模型自适应控制研究

第35卷第1期2024年3月广西科技大学学报JOURNAL OF GUANGXI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.35No.1 Mar.2024磁耦合谐振式无线电能传输系统的无模型自适应控制研究王胜1,高远*1,2,王月武1(1.广西科技大学自动化学院,广西柳州545616;2.广西汽车零部件与整车技术重点实验室(广西科技大学),广西柳州545616)摘要:为解决磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically coupled resonant wireless power transfer,MCR-WPT)系统因频率失谐而使得传输效率降低的问题,提出一种无模型自适应频率跟踪方法。
该方法以发射端电流和电压间的相位差值为控制器输入,以控制器输出来调控发射端的交流电源频率;控制器设计不依赖于系统的精确数学模型,而且可通过伪雅可比矩阵的自适应估计律来提高应对发射端频率失谐的控制自适应性。
MCR-WPT系统的控制仿真结果表明,相比传统的PI控制,该方法不仅在较长的无线传输距离情况下能实现维持系统发射端的谐振工作状态,而且具有更好的谐振频率跟踪性能,对保持较高的系统无线电能传输效率具有明显优势。
关键词:磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT);传输效率;频率跟踪;无模型自适应控制中图分类号:TM724;TP273.2DOI:10.16375/45-1395/t.2024.01.0100引言去导线连接是现代智能充电技术发展的一个重要趋势[1-2]。
磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically coupled resonant wireless power trans‐fer,MCR-WPT)因其传输距离较远、传输效率较高,已成为当前无线充电的主流技术之一,在电动汽车、AGV小车、手机等领域的无线充电方面具有广泛的应用前景[3-5]。
在实际应用中,受到工作温度、趋肤效应等因素影响,MCR-WPT系统谐振电路的器件参数会发生时变,使得系统频率失谐而导致电能的传输效率降低[6-7]。
磁耦合谐振式无线电能传输系统的设计

磁耦合谐振式无线电能传输系统的设计无线电能传输是一种通过电磁场传输能量的技术,已经在无线充电和电力传输等领域得到应用。
磁耦合谐振式无线电能传输系统是一种高效、稳定的无线电能传输方式,本文将详细介绍其设计。
首先,我们需要设计传输系统的基本结构。
磁耦合谐振式无线电能传输系统由两个主要部分组成:发送端和接收端。
发送端由电源、谐振电路和电磁辐射装置组成;接收端由谐振电路、整流电路和负载装置组成。
在发送端,电源提供电能给谐振电路,谐振电路通过调节谐振电容和谐振电感的数值来产生与接收端谐振频率相匹配的电磁场。
电磁辐射装置将电磁场辐射出去,以传输能量。
在接收端,谐振电路接收到发送端辐射出的电磁场,并与发送端的谐振频率相匹配。
整流电路将接收到的电磁能量转换为直流电能,供给负载装置使用。
为了实现高效的能量传输,需要对谐振电路进行精确的设计。
首先,需要通过计算确定发送端和接收端的谐振频率。
谐振频率的计算公式为:f=1/(2*π*√(LC)),其中f是谐振频率,L是谐振电感,C是谐振电容。
通过调节谐振电容的数值,可以精确控制谐振频率。
另外,谐振电路中的谐振电感可以通过螺线管或变压器等电感元件来实现。
电感元件的选择需要考虑到频率范围和能量传输效率等因素。
同时,为了增加能量传输的效率,可以采用功率放大器来提高传输功率。
功率放大器将发送端的电能转换为电磁能量,并将其放大到适合的功率水平。
为了确保安全性,还需要考虑电磁辐射的控制。
可以使用屏蔽罩或改变电磁场的辐射模式来减小电磁辐射范围。
此外,在实际应用中,还需要考虑传输距离和传输效率等因素。
在设计过程中,可以通过试验和模拟来进行优化。
总之,磁耦合谐振式无线电能传输系统是一种高效、稳定的无线电能传输方式。
通过精确设计谐振电路和选取合适的电感元件,可以实现高效能量传输。
同时,需注意对电磁辐射的控制,以确保系统的安全性。
使用Matlab进行电力系统建模和电力优化

使用Matlab进行电力系统建模和电力优化引言电力系统是现代社会的重要基础设施之一,为满足人们对电能的需求,建立稳定、高效的电力系统是至关重要的。
电力系统建模和电力优化是电力系统领域的重要研究方向,它们可以帮助我们深入了解电力系统的运行情况,并提供优化方案以提高电力系统的效能。
本文将介绍使用Matlab进行电力系统建模和电力优化的方法和应用。
一、电力系统建模1. 电力系统模型的基本要素在电力系统建模中,我们需要考虑以下基本要素:- 发电机:包括火电、水电等各种发电机组;- 输电线路:将发电机产生的电能输送到用户处;- 变电站:将输送来的电能进行升压或降压;- 负荷:指电力系统的使用者,包括家庭、工厂、商店等;- 控制设备:包括自动化控制系统和保护装置等。
2. 电力系统建模的方法在Matlab中,我们可以使用不同的方法对电力系统进行建模,其中一种常用的方法是基于节点法。
节点法是一种基于网络拓扑结构的建模方法,它将电力系统中的各个基本要素抽象为节点和支路,通过节点之间的连接关系建立整个系统的拓扑结构。
3. Matlab在电力系统建模中的应用Matlab提供了丰富的工具箱和函数,可以帮助我们进行电力系统的建模和仿真。
其中,Power System Toolbox是一个专门用于电力系统建模和分析的工具箱,它提供了各种用于处理不同电力系统元件的函数和工具,如发电机模型、输电线路模型等。
通过使用这些工具,我们可以方便地进行电力系统的建模和仿真,并对系统进行各种分析和评估。
二、电力优化1. 电力系统优化的目标电力系统优化的目标是提高电力系统的效能和经济性,主要包括以下几个方面:- 提高电力系统的供电可靠性和稳定性,保证电力供应的连续性和质量;- 降低电力系统的成本,减少能源消耗和环境污染;- 提高电力系统的运行效率,优化系统的电压、功率因数等。
2. 电力系统优化的方法为了实现电力系统的优化,我们可以采用不同的方法和技术,其中一种常用的方法是基于优化算法。
两线圈磁耦合谐振式无线电能传输的效率研究

两线圈磁耦合谐振式无线电能传输的效率研究闫蕾蕾;杨永鹏;冷文鹏;隋帅帅;逄海萍【摘要】传输效率是无线电能传输研究的关键问题之一,研究影响传输效率的因素是提高效率的重要前提.首先基于所设计的磁耦合谐振式两线圈无线电能传输装置进行建模和分析,得出影响传输效率因素的解析表达式;然后进一步采用控制变量法并借助于MATLAB仿真得出效率与谐振频率、线圈互感、传输距离、负载阻抗之间关系的仿真曲线;最后在所设计的实验装置上进行不同条件下的传输效率测试试验,并与理论分析和仿真结果进行了对比和分析.研究结果可为提高传输效率、优化系统结构提供重要理论依据.%Transmission efficiency is one of the key problems for wireless power energy transmission;study on factors affecting transmission efficiency is the important premise for improving efficiency.It builds model and analyze them on the basis of the designed double coils magnetic coupling resonant type wireless power energy transmitting set,so analytical formulas is concluded which affects the efficiency.Further,with MATLAB simulation,variable-controlling approach was used to get the curve between the efficiency and resonant frequency,coil mutual-inductance,transmitting distance and load impedance.Finally,transmission efficiency testing experiment under different conditions was applied in the designed experimental facility,and compared and analyzed theoretical analysis and simulated result.The studied result provides important theoretical basis for improving the efficiency.【期刊名称】《甘肃科学学报》【年(卷),期】2018(030)001【总页数】6页(P21-25,37)【关键词】无线电能传输;磁耦合谐振;传输效率【作者】闫蕾蕾;杨永鹏;冷文鹏;隋帅帅;逄海萍【作者单位】青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东青岛266042【正文语种】中文【中图分类】TM724传统接触式电能传输存在一定的弊端,恶劣天气及特殊环境下使用不便,容易引起事故,为此人们一直在探索无线电能传输方式。
谐振耦合式无线电力传输系统matlab建模

Modeling Resonant Coupled Wireless Power Transfer System谐振耦合式无线电力传输系统建模This example shows how to create and analyze resonant coupling type wireless power transfer(WPT) system with emphasis on concepts such as resonant mode, coupling effect, and magnetic field pattern. The analysis is based on a 2-element system of spiral resonators. 这个例子显示了如何创建和分析谐振耦合式无线电力传输系统( WPT)的概念如谐振模式,强调耦合效应和磁场模式。
此分析是基于两螺旋谐振器系统。
This example requires the following product:这个例子需要以下产品:Partial Differential Equation Toolbox ?Design Frequency and System Parameters 设计频率和系统参数Choose the design frequency to be 30MHz. This is a popular frequency for compact WPT system design. Also specify the frequency for broadband analysis, and the points in space to plot near fields.选择的设计频率为 30MHz。
这是便携式 WPT 系统设计的一个流行的频率。
还指定了宽带分析的频率,和在附近的空间中的点。
fc=30e6;fcmin = 28e6;fcmax = 31e6;fband1 = 27e6:1e6:fcmin;fband2 = fcmin:0.25e6:fcmax;fband3 = fcmax:1e6:32e6;freq = unique([fband1 fband2 fband3]); pt=linspace(-0.3,0.3,61);[X,Y,Z]=meshgrid(pt,0,pt); field_p=[X(:)';Y(:)';Z(:)'];The Spiral Resonator 螺旋谐振器The spiral is a very popular geometry in resonant coupling type wireless power transfer system for its compact size and highly confined magnetic field. We will use such a spiral as the fundamental element in this example.螺旋是一种非常流行的几何形状在谐振耦合型无线功率传输系统,其紧凑的尺寸和高度密闭的磁场。
谐振式电能无线传输系统中串串式模型研究

谐振式电能无线传输系统中串串式模型研究
郭建成;李昕娟;胡立新;胡玉峰
【期刊名称】《电子科技》
【年(卷),期】2015(28)3
【摘要】谐振耦合式电能无线传输系统利用磁场通过近场传输,具有辐射小、效率高、传输距离远且方向性强等特点.文中采用等效简化电路方法分析了谐振式电能无线传输系统串串模型的间距、工作频率、负载等参数对传输效率和功率的影响及内在关系,进一步推导出其计算模型.在间距和负载一定的条件下,通过Matlab仿真得到效率最优与功率最大时的工作频率相一致,输出功率对工作频率的变化敏感度更高这一规律.此外,设计了一套串串式结构的谐振式电能无线传输装置,通过实验验证了理论分析的正确性,为研究电能无线传蝓提供了参考.
【总页数】5页(P108-111,116)
【作者】郭建成;李昕娟;胡立新;胡玉峰
【作者单位】兰州交通大学电子信息工程学院,甘肃兰州 730070;兰州交通大学电子信息工程学院,甘肃兰州 730070;兰州交通大学电子信息工程学院,甘肃兰州730070;兰州交通大学电子信息工程学院,甘肃兰州 730070
【正文语种】中文
【中图分类】TN919.72;TM711
【相关文献】
1.磁耦合谐振式电能无线传输系统的设计与实践 [J], 毛春刚;陈鹏飞;赵佳勇;姚齐国;陈庭勋
2.谐振式电能无线传输系统研究 [J], 洪远泉;张玉芹
3.谐振式无线电能传输系统串联式模型仿真研究 [J], 朱晓靖;张广明;欧阳慧珉
4.磁耦合谐振式串串型无线电能传输系统的研究 [J], 李建良;程博
5.谐振式电能无线传输系统研究 [J], 洪远泉;张玉芹
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Modeling Resonant Coupled Wireless Power Transfer System谐振耦合式无线电力传输系统建模This example shows how to create and analyze resonant coupling type wireless power transfer(WPT) system with emphasis on concepts such as resonant mode, coupling effect, and magnetic field pattern. The analysis is based on a 2-element system of spiral resonators.这个例子显示了如何创建和分析谐振耦合式无线电力传输系统(WPT)的概念如谐振模式,强调耦合效应和磁场模式。
此分析是基于两螺旋谐振器系统。
This example requires the following product:这个例子需要以下产品:Partial Differential Equation Toolbox™Design Frequency and System Parameters设计频率和系统参数Choose the design frequency to be 30MHz. This is a popular frequency for compact WPT system design. Also specify the frequency for broadband analysis, and the points in space to plot near fields.选择的设计频率为30MHz。
这是便携式WPT系统设计的一个流行的频率。
还指定了宽带分析的频率,和在附近的空间中的点。
fc=30e6;fcmin = 28e6;fcmax = 31e6;fband1 = 27e6:1e6:fcmin;fband2 = fcmin:0.25e6:fcmax;fband3 = fcmax:1e6:32e6;freq = unique([fband1 fband2 fband3]);pt=linspace(-0.3,0.3,61);[X,Y,Z]=meshgrid(pt,0,pt);field_p=[X(:)';Y(:)';Z(:)'];The Spiral Resonator螺旋谐振器The spiral is a very popular geometry in resonant coupling type wireless power transfer system for its compact size and highly confined magnetic field. We will use such a spiral as the fundamental element in this example.螺旋是一种非常流行的几何形状在谐振耦合型无线功率传输系统,其紧凑的尺寸和高度密闭的磁场。
我们会使用这样一个螺旋的基本元素在这个例子中。
Create Spiral Geometry The spiral is defined by its inner and outer radius, and number of turns. Express the geometry by its boundary points, then import its boundary points into pdetool. The mesh is generated in pdetool and exported. The mesh is described by points and triangles.创建螺旋几何形状的螺旋是由它的内部和外部半径定义,和数量的圈数。
由边界点的几何表达,那么进口边界点为有效。
网格产生有效和出口。
网格是由点和三角形描述的。
Rin=0.05;Rout=0.15;N=6.25;[p,t]=createSpiral(Rin,Rout,N);Create custom antenna Use customAntennaMesh to import the mesh. The feed is created at the inner circle of the spiral mesh. This structure is now ready for analysis.创建自定义的天线,使用customAntennaMesh 输入网格。
反馈是在螺旋网格的内圆上创建的。
这种结构现在已经准备好进行分析。
spiralobj=customAntennaMesh(p,t);spiralobj.Tilt=90;spiralobj.TiltAxis='Y';createFeed(spiralobj,[0.0525 0.0025],[0.0675 0.0025]);Resonance Frequency and Mode谐振频率和模式It is important to find the resonant frequency of the designed spiral geometry. A good way to find the resonant frequency is to study the impedance of the spiral resonantor. Since the spiral is a magnetic resonator, a lorentz shaped reactance is expected and observed in the calculated impedance result.重要的是要找到所设计的螺旋几何的谐振频率。
找到谐振频率的好方法是研究螺旋谐振器的阻抗。
由于螺旋是一个磁电磁谐振腔,洛伦兹形电抗预计和计算的阻抗结果观察。
figure;impedance(spiralobj,freq);Since the spiral is a magnetic resonator, the dominant field component of this resonance is the magnetic field. A strongly localized magnetic field is observed when the near field is plotted.由于螺旋是一个磁谐振器,这种共振的占主导地位的磁场分量是磁场。
绘制近场时,观察到一个强局部磁场。
figure;EHfields(spiralobj,fc,field_p,'ViewField','H','ScaleFields',[0 5]);Create Spiral to Spiral Power Transfer System创建螺旋到螺旋动力传输系统The complete wireless power transfer system is composed of two parts: the transmitter(Tx) and receiver(Rx). Choose identical resonators for both transmitter and receiver to maximizethe transfer efficiency. Here, the wirelesspower transfer system is modeled as a linear array.完整的无线电力传输系统是由两部分组成:发射机(Tx)和接收机(RX)。
选择发射器和接收器的最大传输效率相同的谐振器效率。
这里的无线电能传输系统建模为一个线性阵列。
wptsys=linearArray('Element',[spiralobj spiralobj]);wptsys.ElementSpacing=Rout*2;figure;show(wptsys);Variation of System Efficiency with Transfer Distance系统效率随传输距离的变化One way to evaluate the efficiency of the system is by studying the S21 parameter. As presented in [1], the system efficiency changes rapidly with operating frequency and the coupling strength between the transmitter and receiver resonator. Peak efficiency occurs when the system is operating at its resonant frequency, and the two resonators are strongly coupled. The results for s-parameter analysis has been precomputed and stored in a MAT-file.评估系统的效率的一个方法是研究的S21参数。
在[ 1 ]中,系统的效率迅速变化与工作频率和耦合强度之间发射机和接收机谐振器。
峰值效率发生时,该系统是在其谐振频率工作,和两个谐振器的强耦合。
参数分析结果已预先计算并存储在一个mat文件。
load arraysparamfigure;rfplot(sparam,2,1,'abs');Critical Coupled Point临界耦合点The coupling between two spirals increases with decreasing distance between two resonators. This trendis approximately proportional to . Therefore, the system efficiency increases withshortertransfer distance till it reaches the critical coupled regime [1]. When the two spirals are overcoupled, exceeding the critical coupled threshold, system efficiency remains at its peak, as shown inFig.3 in[1]. We observe this critical coupling point and over coupling effect during modeling the system.Perform a parameteric study of the system s-parameters as a function of the transfer distance.双螺旋线的增加与减少之间的距离两谐振器之间的耦合。