电磁耦合谐振无线输电技术研究

发布时间：2017-10-13 07:49

  本文关键词：电磁耦合谐振无线输电技术研究

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【摘要】：近些年,由于传统导线输电愈来愈不能满足众多特殊场合的要求,使得无线输电技术得益于此而快速发展。无线输电技术使得输电与供电方式发生革命性变化,既避免了有线输电过程中的导线对电能的影响,又可以省去电子产品对于电池的依赖,大大提高用电设备获取电能的灵活性,不但更安全方便,而且更美观环保。无线电力传输的技术拥有诸多优点以及广阔的应用前景,受到各国科研人员的青睐。磁耦合谐振无线电力传输技术传输效率高,线圈位置影响小等优点,适用于中等距离的无线电能传输。国内外研究团体对磁耦合谐振无线输电技术的研究主要集中在如何提高系统的传输功率与传输效率方面,该无线输电技术得到了快速发展,然而该技术并未成熟,高能,高效,稳定地传输电能依然需要投入更多的研究。功率与效率两大传输特性与系统的参数、线圈的相对位置、传输介质等都有着密不可分的关系。本文首先对常见的三种无线输电技术进行了简单的介绍,总结了三种无线输电技术的优缺点,并详细介绍了磁耦合谐振无线输电技术的国内外发展现状；对s-s型电磁耦合谐振无线输电拓扑电路分别建立了耦合模理论模型与电路理论模型,深入了解对磁耦合谐振无线输电技术理论与工作机理；接着对影响系统传输特性的各因素进行研究,通过模型分析与MATLAB.PSpice仿真分析研究了线圈固有频率、互感系数与耦合系数、传输距离、负载、线圈参数对系统传输特性的影响,并详细研究了频率分裂现象及产生的原因。得出最佳功率固有频率fPout max、最佳功率互感系数MPout max、最佳功率负载RPout max、最佳效率负载Rηmax、最佳功率距离dPout max等参数,提供了系统优化设计的依据,并为不同的需求的电磁谐振耦合无线输电系统优化设计提出了相应的方案。对系统硬件设计做了详细的介绍,并利用硬件电路设计制作了实验装置；通过一系列实验与实验数据分析,对影响磁耦合谐振无线输电技术的传输特性的因素进行分析验证。
【关键词】：磁耦合谐振 MATLAB软件 耦合系数 传输特性
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究的学术背景与实际意义11
• 1.2 无线输电技术简介11-14
• 1.2.1 电磁感应无线输电技术11-13
• 1.2.2 电磁耦合谐振无线输电技术13
• 1.2.3 电磁波辐射无线输电技术13-14
• 1.3 电磁耦合谐振无线输电技术国内外研究现状14-17
• 1.3.1 国外研究现状14-16
• 1.3.2 国内研究现状16-17
• 1.4 主要研究内容17-19
• 第2章 磁谐振耦合输电系统建模与分析19-29
• 2.1 电磁耦合谐振无线输电技术理论基础19-20
• 2.2 电磁耦合谐振无线输电电路拓扑20-21
• 2.3 基于耦合模理论的电磁耦合谐振无线输电技术系统模型21-23
• 2.4 电路理论模型23-28
• 2.4.1 电路理论模型的建立与分析24-27
• 2.4.2 电路理论模型仿真分析27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 电磁耦合谐振无线电能传输特性因素分析29-49
• 3.1 线圈固有频率对系统传输特性的影响29-32
• 3.2 互感系数与耦合系数对系统传输特性的影响32-36
• 3.2.1 互感系数对系统传输特性的影响32-34
• 3.2.2 耦合系数对系统传输特性的影响34-36
• 3.3 传输距离对系统传输特性的影响36-40
• 3.3.1 耦合系数与传输距离的关系36-37
• 3.3.2 传输距离与传输特性的关系37-40
• 3.4 电阻负载对系统传输特性的影响40-44
• 3.4.1 负载对输出功率的影响40-41
• 3.4.2 负载对传输效率的影响41-43
• 3.4.3 负载对传输特性影响的电路仿真分析43-44
• 3.5 频率分裂现象44-47
• 3.6 本章小结47-49
• 第4章 电磁耦合谐振无线输电系统设计49-56
• 4.1 系统硬件构成49
• 4.2 高频逆变电路设计49-52
• 4.2.1 开关管的选择51
• 4.2.2 电路参数计算51-52
• 4.3 驱动电路设计52-53
• 4.4 谐振线圈设计53-55
• 4.4.1 相对位置与互感系数的关系53-54
• 4.4.2 线圈内阻的计算54
• 4.4.3 谐振电容的计算54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 无线输电实验与结果分析56-66
• 5.1 电源频率实验及结果分析56-58
• 5.2 固有频率实验及结果分析58-59
• 5.3 负载实验结果及分析59-61
• 5.4 传输距离实验及结果分析61-62
• 5.5 线圈非同轴条件下传输特性实验62-64
• 5.5.1 线圈夹角实验63
• 5.5.2 横向偏移实验63-64
• 5.6 障碍物穿透性试验64-65
• 5.7 本章小结65-66
• 结论66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-72
• 攻读学位期间发表的论文72

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