自从法拉第发现了电磁感应现象后，电力就改变了人们的生活。传统电能的应用给人们的生活带来了很大的便利，但是错综复杂的电线由于存在摩擦、磨损，很容易产生火花，影响供电的安全性和可靠性，以及缩短电气设备寿命。无线电能传输技术(wireless electricity transfer)能够有效克服有线供电方式存在的设备灵活性差、环境不美观、容易产生接触火花等缺陷，具有很好的应用前景。早在 1893 年的哥伦比亚世博会上，美国科学家 Nikola Tesla 利用无线电能传输原理，在没有任何导线连接的情况下点亮了灯泡。这是人类在无线电能传输初期阶段的重要尝试，而后无线电能传输的研究进展非常缓慢，直到20世纪60年代后，该项技术又引起了国际关注[1—3]。在2007年6月，美国麻省理工学院的Marin Soljacic研究团队通过使用自谐振线圈在超过2m的距离上传输60W功率，传输效率为40%，使无线功率传输成为现实；并将这个电能收发器命名为“磁耦合谐振器”(magnetically coupled resonators)[4]。目前，无线电能传输主要有电磁波辐射式、电磁感应式、磁耦合谐振式三种传输方式。电磁波辐射式在能量传输过程中，发射器必须对准接收器，导致能量传输方向受到极大限制。电磁感应式存在传输距离近的弊端。磁耦合谐振技术不仅能实现无线中距离传输，而且缓解了发射器与接收器对方向的严格要求。

新型E类放大器具有电路结构简单、安全性和可靠性都比E类放大器高、损耗低、转换效率接近100%、高频正弦波输出等优点；同时可以轻松实现功率器件的零电压开关(ZVS)条件[5]。因此，新型E类放大器非常适合磁耦合谐振式系统。目前，很多文献已经讨论了具有E类放大器的磁耦合谐振式无线电能传输系统，其中有参数设计[6]、控制设计[7]，以及源线圈优化等[8]；但鲜有人考虑新型E类放大器随着负载变化，其最佳工作状态偏移的实际问题。

本文提出在磁耦合谐振式系统采用双端阻抗转换器网络，通过适当的阻抗转换器网络，磁耦合谐振系统可以获得更高的传输效率；并且新型E类放大器可以随负载变化保持最佳状态。

1 理论分析与数学建模

处于自谐振状态下的磁耦合谐振式系统有更好的性能，因此，研究的是磁耦合谐振式系统处于自谐振频率时的传输特性。

1.1 新型E类放大器的理论分析

新型E类放大器的原理图如图1所示，其中VCC为直流电源，RL1为扼流线圈电阻，L1为扼流线圈电感，Z为新型E类放大器的负载阻抗(由于工作方式为共振，其值为纯电阻R)，L3和C5分别为支路电感和电容，L2和C2为负载侧的滤波电感和电容，C1为旁路电容。电路参数设计正确时，新型E类放大器的输出电流i为正弦波,即新型E类放大器可以用作磁耦合谐振系统的高频电源。

  

图1 新型E类放大器的原理图Fig.1 Schematic diagram of a new class E amplifier

由于工作方式为共振，因此滤波电感L2为

②流速分布多样性。治理工程实施后水流应具有多种不同流速分布区，以满足不同水生生物或者同一水生生物的不同成长阶段对水流流速的不同需求；治理工程实施后原有水生生物能较快适应新的流速分布条件；应设置跌水或者深潭结构来满足水流结构多样性条件。

 

(1)

式(1)中为品质因数，f为开关频率，ω为角频率。

大鼠进行脑缺血后瞳孔散大，眼睛由红变白，缺血前期呼吸加快变浅，缺血后期呼吸减慢变深；再灌注期间瞳孔由散大转为缩小，眼睛由苍白转为红润，且呼吸加深加快慢慢转为正常平稳呼吸。

根据文献[5]，新型E类放大器的最佳工作状态必须满足负载侧的阻抗角φ=35.76°，可以得到的表达式有：

 

(2)

则C2的表达式为

 

(3)

电路工作在ZVS和ZDS条件下改进前:

 

(4)

改进后：

 

(5)

 

(6)

 

(7)

2018年初国家统计局公布的数据显示：2017年农民工总量达28652万人，1980年后的新生代农民工占农民工总量的50.5%，老一代农民工占全国农民工总量的49.5%,可见,新生代农民工正在成为农民工主力。新生代农民工是指1980年以后出生的、户籍在农村的劳动者，他们主要从事第二、第三产业劳动。这些新生代农民工相对于第一代进城务工的农民工，这个群体除了自身条件的改善以外，还在工作责任、工作要求和工作环境等方面正发生着许多积极的变化，这个群体正成为农民工群体的主要中坚力量，也是当代我国产业工人、特别是建筑工人的重要组成部分。

当负载电阻为最优电阻RL.Optimal=15 Ω时，传输效率为接近于理论的87.44%，但是MOSFET电流IS具有高峰值，导致ZVS不满足。为了使新型E类放大器工作在ZVS和ZDS条件下，实现最大传输效率，因此在系统中需要加入前端阻抗转换器。

翻译不仅是语言行为，更是一种文化传递行为，是一种文化间的交流活动。翻译并不只局限于两种不同语言之间的转换，其中还蕴含了许多活跃的文化因素，而这些因素在翻译时都需被考虑入内。翻译行为论关注源语和目标语文化的差异，跨文化的互动缺失易导致部分翻译难以被理解，而翻译时注重跨文化因素能更好地传达原文信息。例如：

 

(8)

1.2 新型E类放大器磁耦合谐振式无线电能传输系统的建模分析

  

图2 新型E类放大器的无线电能传输系统Fig.2 Wireless power transmission system of new class E amplifier

新型E类放大器的无线电能传输系统如图2所示，整个电路由新型E类放大器、磁耦合谐振式系统和负载组成。假设电路中的电感L4=L5=L0，线圈电阻RL2=RL3=RL0，串联谐振电容C4=C5=C0。

对照组采用常规护理措施,观察组在对照组的基础上予以生活、用药、对症、心理等全面护理干预措施,具体如下。

当发射线圈在开关频率上处于自谐振状态时，初级侧相当于纯电阻，这时的新型E类放大器可以作为理想的电压源，等效电路如图3(a)、图3(b)、图3(c)所示。

  

图3 磁耦合谐振式系统的等效电路Fig.3 Equivalent circuit of the magnetic coupling resonant system

设I1和I2分别表示图3(a)中的初级侧电流和次级侧电流，设电源的角频率为ω=2πf。设置使两个线圈谐振。

由KVL原理，I1和I2分别为

新型E类放大器加上前端阻抗器后，效率提高到了87.33%，更加接近理论值。

 

(9)

 

(10)

采用MATLAB仿真研究没有和带有阻抗器的电路的效率。

图3(b)和图3(c)中的等效电阻Req和R1可以表示为

 

(11)

 

(12)

如图9所示，将L4和C6构成的前端阻抗转换器应用到无线电能传输系统中，其中参数值如表3[11]所示，可将系统的电阻转换为最优电阻RL.Optimal，使系统的传输效率最大化，并且使新型E类放大器能够以最佳性能运行。

 

(13)

由文献[10]得知当传输效率η达到最大值时的最优电阻RL.Optimal为

 

(14)

1.3 阻抗转换器理论分析

在实际中负载RL发生的变化引起最优电阻变化，所以可以采用阻抗转换器，使之等效于最优电阻RL.Optimal。为了能获得更大的传输效率，使得新型E类放大器在负载变化时保持最佳的运行状态，采用向无线电能传输系统添加阻抗转换器网络的方法。

为了使新型E类放大器达到最佳工作状态[满足ZVS和零电压微分开关(ZDS)条件],等效输出电阻R1必须等于新型E类放大器的负载电阻R。当R1≠R时，可以在前端添加阻抗转换器，使新型E类放大器工作在最佳条件(ZVS和ZDS)下以获得最大输出效率。在此基础上，添加后端阻抗转换器，使电路系统实现稳定的传输效率。

3.2.1 考虑到现场实际情况，钢管壁厚不满足3.0mm的要求，故决定对上人梯进行加固措施。上人梯从底至顶均采用双立杆搭设，立杆纵距在转向平台处为1m、中间斜跑处纵距为 1.3m；横距为 1.2m；步距为 1.2m。

阻抗转换器有三种类型：L型、T型和π型。由于L型线路简洁和成本较低的优点，因此选择了L型。图4为阻抗转换器电路图，其等效电路图如图5所示。因此阻抗转换器的等效阻抗为Zeq=R1+y3j。为了使电路获得最优电阻，Zeq中的虚部必须为零，实部等于最优电阻RL.Optimal。

  

图4 阻抗转换器Fig.4 Impedance converter

  

图5 阻抗转换器等效电路图Fig.5 Equivalent circuit diagram of impedance converter

2 新型E类放大器磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率研究

式中Z1和Z2表示一次回路和二次回路的阻抗，M为互感。

2.1 无双端阻抗器的电路分析

图6为磁耦合谐振式无线电能传输系统的原理仿真图。不失一般性，这里假设放大器输出电阻为10 Ω，则已知的参数如表1所示。

  

图6 磁耦合谐振式无线电能传输系统仿真图Fig.6 Magnetic coupled resonant wireless power transmission system simulation diagram

 

表1 主要电路参数Table 1 Main circuit parameters

  

参数数值直流输入电压/V30品质因数Q10开关频率f/MHz1占空比0.5放大器输出电阻R/Ω10传输距离/m0.3互感M/μH2.37自感(L4∶L5)/μH36线圈电阻(RL2∶RL3)/Ω1

由第1节的理论分析可以得出无线电能传输系统的参数，如表2所示。

根据式(11)、式(12)，可得到负载阻抗RL为23.65 Ω。图7为RL为23.65 Ω时的电流I3、I4、IS和电压VS的仿真图。可以看出电流I3、I4有效值分别为I3=2.83 A、I4=1.72 A,则传输效率

 

表2 设计参数Table 2 The design parameter

  

参数数值并联电容C1/nF4.78滤波电容C2/nF1.7滤波电感L2/μH15.9扼流电感L1/μH120谐振电容(C4∶C5)/pF704负载电阻RL/Ω23.65扼流圈电阻RL1/Ω0.03电感L3/μH18.8电容C3/μH1.88

  

图7 当RL=23.65 Ω时的仿真波形Fig.7 The simulation waveform when RL=23.65 Ω

当负载电阻为最优电阻RL.Optimal=15 Ω时，电路中的电流I3、I4、IS和电压VS的仿真结果具体如图8所示。可以看出电流有效值分别为I3=1.98 A、I4=1.51 A,则传输效率

  

图8 当RL=15 Ω时的仿真波形Fig.8 The simulation waveform when RL=15 Ω

当然，这些都是建立在有对车型相关系统比较熟悉及具备较强的诊断能力的基础上，才能做到的。一般的诊断流程是：发现问题、验证分析、资源整合、解决方案制定、实施排查。在这诊断过程中，如果遇到新问题，则要继续验证分析、整合资源、重新设计维修方案、实施排查进行循环，直到问题解决。

2.2 系统加入前端阻抗转换器的仿真

则传输效率表达式为

扼流线圈电感L1满足[9]：

  

图9 具有前端阻抗转换器的磁耦合谐振式系统的仿真图Fig.9 The simulation diagram of magnetic coupling resonant system with the front-end impedance converter

 

表3 前端阻抗转换器参数[11]Table 3 Front end impedance converter parameters[11]

  

参数数值电感L4/μH1.82电容C6/nF5.15

仿真波形如图10所示。

  

图10 阻抗转换器的仿真波形Fig.10 Simulation waveforms of impedance converter

负载功率PL和新型E类放大器输出功率Pout，计算如下:

 

(15)

 

(16)

Pout=39.14 W

(17)

 

(18)

在秸秆直燃发电厂的覆盖范围逐步扩大的同时，我国秸秆直燃发电装机规模和技术水平都取得了很大的突破。单机装机规模已从早期的12MW逐步发展到30～50MW机组。已投入运营的项目中应用较多的为30MW的机组，约占总投产项目的53%。

Consequence Prediction of Ship Foundering Accidents Based on Bayesian Network

2.3 具有负载变化的双端阻抗转换器的磁耦合谐振式系统的分析

  

图11 原MOSFET的电流、电压和变化的负载之间的关系Fig.11 The relationship between the current, the voltage and the varying load of the original MOSFET

  

图12 MOSFET负载变化时的电流峰值、电压峰值和变化的负载之间的关系Fig.12 The relationship between peak current, peak voltage, and varying load when the MOSFET load changes

从图11和图12中，可以看到当负载RL变化时，原MOSFET电路中的峰值电流和峰值电压变化都很明显，这是因为原电路不满足ZVS条件。新型E类放大器电路中添加了阻抗转换器使得MOSFET中的峰值电流和峰值电压变化趋于稳定，这也是因为添加了阻抗转换器后，放大器满足了ZVS和ZDS条件。

双端阻抗转换器的仿真如图13。

硫酸根质量分数大于1%的铝土矿试样，实验方法和重量法的测定结果基本一致，表明该实验方法具有较高的正确度；对于硫酸根质量分数小于1%的铝土矿试样，分光光度法的结果稍低于重量法的结果，推测原因可能是显色定容体积较小导致溶液未完全转移，分取体积较小造成吸光度值偏低，并且干过滤过程中滤纸对铬酸根的吸附等原因也会造成滤液吸光度值偏低，在今后的实验中可通过增大称样量、增大分取体积和过滤时采取“少量多次”洗涤等措施来改进。因此本法更适用于硫酸根质量分数高于1%的铝土矿试样的快速检测。

如图13所示，将L6和C7构成的后端阻抗转换器应用到无线电能传输系统中，其中参数值如表4[11]所示，可以使系统的传输效率既高又稳定。

绝压变送器、差压变送器、温度变送器输出的4～20 mA标准电流信号被ADAM4118模块采集，所有采集的信号经ADAM4520I模块转换后输入计算机，通过数据采集程序实时监测和在线采集。

  

图13 双端阻抗转换器的磁耦合谐振式系统的仿真电路图Fig.13 Simulation circuit diagram of magnetically coupled resonant system with double ended impedance convert

 

表4 后端阻抗转换器的参数[11]Table 4 Parameters of back end impedance converter[11]

  

参数数值电感L5/μH1.12电容C7/nF7.48

图14表示的就是系统含有前端阻抗转换器、双端阻抗转换器和没有阻抗转换器的传输效率变化图，可以看出系统含有双端阻抗转换器的时候，传输效率既高又稳定。

  

图14 系统含有不同阻抗转换器时随负载变化导致传输效率变化的曲线Fig.14 The curve of transmission efficiency changes with the change of load when the system contains different impedance converters

3 结论

研究了在负载变化时的新型E类放大器磁耦合谐振式无线电能传输系统效率，研究了在磁耦合谐振系统中添加前端阻抗转换器和后端阻抗转换器，使系统在负载变化的时候，新型E类放大器能在满足ZVS和ZDS条件下，传输效率既高又稳定。

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6 薛伟民, 戴卫力, 唐 伟, 等. 基于E类放大器的无线电能传输系统的参数设计与仿真. 科学技术与工程, 2013；13(22):6460—6463，6482

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