磁谐振式无线电能传输系统特性研究与系统设计
本文关键词： 无线电能传输 耦合模 电路法 电动汽车 出处：《浙江大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：无线电能传输技术自尼古拉·特斯拉提出以来,逐渐成为研究热点,目前小功率无线充电已经在电动牙刷等部分家电产品中实用化,现在又扩大到了智能手机、生物医学、以及较大功率的电动汽车等领域,但是无论是何种功率等级的无线电能传输系统,其相应的理论研究都尚不充分。因此本文针对手机和电动汽车两种不同功率等级的谐振式无线电能传输系统开展了理论与试验研究。本文首先介绍了谐振式无线电能传输的相关原理,给出了两种谐振模型的电路结构,并对比了四种基本拓扑结构的电路参数和特性。在此基础上,基于双负载串串式谐振电能传输系统,结合耦合模理论,给出系统效率的表达式和计算模型。在考虑接收端相互耦合的情况下,应用Matlab仿真分析了系统传输效率随固有衰减率和耦合系数的影响。针对铝合金外壳手机的无线充电背景,应用JMAG软件分析了传输路径中加入铝板障碍物对电磁场分布的影响。此外,以等效电路法研究了多接收端系统的电压比特性及频率偏移特性,并采用了自动频率跟踪和补偿电容调谐两种优化工作点的方法。搭建了 96kHz的谐振式无线电能传输系统实验平台进行理论分析的验证。针对大功率的电动汽车无线充电,基于上述理论分析,结合电路分析与有限元电磁场仿真,设计并搭建了 2.5kW的无线充电系统原型样机平台,并进行了相关试验,实验结果表明工作频率、充电距离、输出功率及传输效率等各项参数均符合要求。最后,在总结了全文工作的同时,也指出了本文研究内容的进一步优化方案,对无线充电的研究方向进行了展望。
[Abstract]:Radio energy transmission technology has become a research hotspot since Nicholas Tesla proposed it, and now it has been used in some household appliances, such as electric toothbrushes, and now it has been extended to smartphones, biomedicine. And high-powered electric vehicles, but whatever the power level of the radio energy transmission system, Therefore, this paper has carried out theoretical and experimental research on two kinds of resonant radio energy transmission systems with different power levels, such as mobile phone and electric vehicle. Firstly, this paper introduces the resonant radio. Related principles of electric power transmission, In this paper, the circuit structure of two resonant models is given, and the circuit parameters and characteristics of four basic topology structures are compared. The expression and calculation model of the system efficiency are given. Considering the coupling between the receiver and the receiver, the influence of the transmission efficiency of the system with the inherent attenuation rate and coupling coefficient is analyzed by Matlab simulation. The effect of aluminum plate obstacles on electromagnetic field distribution in transmission path is analyzed by using JMAG software. In addition, the characteristics of voltage ratio and frequency offset of multi-receiver system are studied by equivalent circuit method. Automatic frequency tracking and compensating capacitor tuning are used to optimize the working point. The experimental platform of 96kHz resonant radio energy transmission system is built to verify the theoretical analysis. Based on the above theoretical analysis, combined with circuit analysis and finite element electromagnetic simulation, a 2.5kW prototype platform of wireless charging system is designed and built. The output power and transmission efficiency are all in line with the requirements. Finally, the paper summarizes the work of the paper, and points out the further optimization scheme of this paper, and prospects the research direction of wireless charging.
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM724
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，本文编号：1516936
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