基于E类逆变的磁耦合谐振式无线电能传输技术研究

发布时间：2020-07-23 21:51

【摘要】：与传统磁耦合感应式无线电能传输技术相比,磁耦合谐振式无线电能传输技术克服了电能只能近距离传输这一缺陷,实现了中等距离内电能的高效率传输;其原因在于两方面的改进:一是在系统中增加了两个具有较高品质因数的共振线圈,二是大大提高了系统的频率。这两方面的改进,也使得磁耦合谐振式无线电能系统的传输特性变得更为复杂,系统性能的优劣难以控制。针对磁耦合谐振式无线电能传输技术的效率优化问题,本文做了以下两方面研究:1.系统建模与分析。为了分析磁耦合谐振式无线电能传输系统的特性,本文采用互感理论这一物理建模方法构建了磁耦合谐振式无线电能传输系统的模型。在互感模型中,磁耦合谐振式无线电能传输系统的物理参数被抽象为频率、电感、电容、内阻、耦合系数和负载这些电气参数,系统的优化也即是对这些电气参数的修正;为了建立起该系统中各个独立部分之间的联系,采用基尔霍夫电压定律及互感理论对各个独立回路的电气状态进行定量描述,从而得到该系统的输出功率及传输效率,并为系统的优化提供了理论依据和优化方法。2.高频E类逆变器软开关设计。系统频率高低水平是制约磁耦合谐振式无线电能传输系统传输效率的重要因素,而E类功率放大器自身结构特点易于实现高频高效率逆变,非常适用于磁耦合谐振式无线电能传输系统的电源。为了合理设计E类逆变器的参数,以降低开关损耗并提高逆变频率,文中以E类逆变器的额定最佳工作状态为优化目标,求得其主要参数之间的关系;并进一步得出E类逆变器在其额定最佳工作状态的输出功率。基于以上两方面的研究学习,本文针对磁耦合谐振式无线电能传输系统做了以下创新性贡献:在E类逆变器的研究过程中发现,其额定最佳工作状态除了与自身参数有关以外,还与系统的输入阻抗密切相关,因此当E类逆变器作为磁耦合谐振式无线电能传输系统的电源时,其参数设计应与整个系统密切结合起来。本文提出了一种应用于磁耦合谐振是无线电能传输系统的高效率E类逆变电源设计方法,采用互感理论模型求得系统的输入阻抗,将整个系统等效为E类逆变器;进一步以E类逆变器额定最佳工作状态为优化目标,设计其主要参数,实现磁耦合谐振式无线电能传输系统效率与E类逆变电源效率的整体最优。
【学位授予单位】：三峡大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM724
【图文】：

大 学 全 日 制 专 业 学 位 硕 士 学 位高达 95%，相关技术及国际标准已经趋于成熟和完善；但是，必须紧密贴合，传输距离成为该技术最大的缺陷。007 年，美国麻省理工学院 MarinSoljacic 教授的研究团队在无现了里程碑式的突破，采用磁共振原理实现了 2 米传输距离内传输，而传输距离高达 40%[8]，如图 1.1 所示为 MarinSoljacic装置。

电源补偿补偿磁感应耦合 磁感应耦合磁共振耦合图 1.3 MCR-WPT 系统的结构组成与接收线圈具有相同的品质因数，二者处于一定范围内时，将量的高效率传输，这也是 MCR-WPT 技术相比于传统 MCI-W距离的原因。共振耦合一个常见的物理现象，指的是物体在其固有振动频率（也成谐于向所处的环境中吸收更多能量的现象。例如图 1.4 所示的音一个音叉时，与其谐振频率相同的音叉将发出声音，而与其谐发出声音。

并通过多组共振线圈进行了对比验证[64]；哈尔对 MCR-WPT 系统展开了仿真与实验研究，提出了想[65]，并设计了一种用于无线电能传输的直接线圈学良教授的研究团队将 MCR-WPT 技术用于电动汽定性控制策略[67]，并设计了一种能量接收装置[68]。大学孙跃教授的无线电能传输研究团队代表着国内内最早一批从事无线电能传输技术的专业科研团队大学无线电能传输技术研究所（简称 WPTCQU）”。孙传输相关技术的研究，还与国际上代表着无线电能传大学展开密切合作交流。研团队外，国内有众多企业也积极开展无线电能传输具代表性的是海尔公司在 2010 年在美国拉斯维加斯电视（No-TailTV），如图 1.5 所示。该产品也是采用脱电源线。目前，国内已涌现出大批基于 MCR-WPT房等。

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本文编号：2767888