无线电能传输关键问题研究及应用

发布时间：2018-12-19 08:22

【摘要】：无线电能传输技术是一种以电磁场为传输介质的新颖的电能传输技术,它利用近区磁场电磁耦合的优势,在谐振理论基础上实现电能的无接触式传输,此方式具有稳定、灵活、高效、安全等优势。无线电能传输技术主要应用于对用电设备进行无电气连接的非接触充电。目前,传统电能传输方式主要使用导线连接电源和用电设备,导线裸露在空气中不仅存在安全隐患,而且占据着大量空间,造成环境不美观,使得室内布线繁琐,还有充电设备移动灵活性差等缺点。无线充电为无电气连接非接触式充电,克服了许多传统电能传输的不足。无线电能传输方式能够对用电设备进行安全地、灵活地、快速地充电,它弥补了传统充电方式的不足。所以,对无线电能传输技术的研究具有相当重要的应用价值和实际意义。无线电能传输的实质是指借助物理空间的传输介质,如:高频交变磁场、微波、电磁波、RF射频无线电波等,实现电能通过非接触的形式由发射装置传输到接收装置。本文通过调研无线电能传输技术国内外发展现状,以及在相关应用背景的基础上,通过研究无线电能传输原理和传输特性,以及对模型的仿真和分析,最终将无线电能传输技术应用于无线充电,并详细的设计出无线充电系统电路。本文完成的主要工作如下:首先,对无线电能传输系统进行分析研究,主要包括:无线电能传输方式的差异、无线电能传输基本原理、研究热点及应用发展趋势,构思出从研究系统入手的系统框架。其次,通过对无线电能传输模型进行理论分析及仿真,探究系统中关键参数的变化对系统传输各项指标的影响,包括不同垂直距离及不同水平偏移距离对互感参数M的影响、不同互感参数对传输效率的影响、不同频率不同负载不同拓扑结构对传输特性的影响等,通过研究及分析,为无线充电系统硬件平台的搭建提供了理论指导。最后,本文结合对无线电能传输特性的研究,设计出能够为锂电池充电的无线充电系统硬件电路,包括电源电路、DC-AC逆变电路、保护电路、控制电路、采集电路、频率调整电路,然后进行了相关参数的采集和实验分析。最终完成一套传输距离为6cm时,传输效率可达83%,传输功率为30W的无线充电系统。
[Abstract]:Radio energy transmission technology is a novel electric energy transmission technology with electromagnetic field as the transmission medium. It utilizes the advantage of electromagnetic coupling in the near field and realizes the contactless transmission of electric energy on the basis of resonance theory. This method is stable and flexible. High efficiency, safety and other advantages. Radio energy transmission technology is mainly used in non-contact charging of electrical equipment without electrical connection. At present, the traditional mode of electric power transmission mainly uses wires to connect power supply and electric equipment, the wires exposed in the air not only exist the hidden danger of safety, but also occupy a large number of space, resulting in the unattractive environment, making indoor wiring cumbersome. There are also charging equipment mobility and other shortcomings. Wireless charging is a non-contact charge without electrical connection, which overcomes many disadvantages of traditional electric power transmission. Radio power transmission can safely, flexibly and quickly charge the electric equipment, which makes up for the shortcomings of traditional charging methods. Therefore, the study of radio energy transmission technology has a very important application value and practical significance. The essence of radio energy transmission refers to the transmission medium of physical space, such as high frequency alternating magnetic field, microwave, electromagnetic wave, RF radio frequency radio wave and so on. In this paper, by investigating the development of radio energy transmission technology at home and abroad, and on the basis of relevant application background, through the study of radio energy transmission principle and transmission characteristics, as well as the simulation and analysis of the model. Finally, radio energy transmission technology is applied to wireless charging, and the circuit of wireless charging system is designed in detail. The main work of this paper is as follows: first, the radio energy transmission system is analyzed and studied, including: the difference of radio energy transmission mode, the basic principle of radio energy transmission, the research hotspot and the development trend of application. The framework of the research system is proposed. Secondly, through the theoretical analysis and simulation of the radio energy transmission model, the influence of the change of the key parameters on the transmission index of the system, including the influence of different vertical distance and different horizontal offset distance on the mutual inductance parameter M, is explored. The influence of different mutual inductance parameters on transmission efficiency, different frequency, different load and different topology structure on transmission characteristics are studied and analyzed to provide theoretical guidance for the construction of hardware platform of wireless charging system. Finally, based on the research of radio energy transmission characteristics, this paper designs the hardware circuit of wireless charging system which can charge lithium battery, including power supply circuit, DC-AC inverter circuit, protection circuit, control circuit, acquisition circuit. Frequency adjustment circuit, and then the collection of relevant parameters and experimental analysis. Finally, a wireless charging system with transmission distance of 6cm and transmission efficiency of 83 W and transmission power of 30 W is completed.
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM724

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