基于磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率研究

发布时间：2017-04-06 17:14

  本文关键词：基于磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically coupled resonant wireless power transfer, MCR-WPT)作为一种新的电能传输概念与方法,具有丰富的理论支撑和广泛的应用前景。MCR-WPT基于电磁感应原理,利用高频逆变技术、整流滤波技术、松耦合变压器技术等,实现电能从电源侧到负载侧进行非接触式传输。其较传统的供电方式,它展示了独特的优越性：(1)电能传输无需导线,具有安全、稳定、传输方向不受限制等优点；(2)不受非磁性干扰物影响、对介质依赖少等优点。因而MCR-WPT受到越来越多的关注和研究。本文首先分析了目前常见的三种无线电能传输技术：辐射式、电磁感应式、磁耦合谐振式,并就其传输距离、传输效率、系统稳定与安全性能等方面作了对比,奠定了本文的研究对象(MCR-WPT)。接着阐述了目前国内外关于MCR-WPT技术的研究现状和主要研究成果。根据MCR-WPT系统结构,分析了系统的工作原理,并构建了两线圈结构的松耦合变压器模型和系统拓扑结构等效电路。本文主要以串联-串联谐振补偿等效电路为研究对象,运用耦合模理论和集总参数电路理论的分析手段得到了系统能量传输的内在规律。依据电路理论知识运算,得到影响MCR-WPT系统输出功率、传输效率的影响因子：谐振补偿电容、品质因数、谐振线圈参数、谐振频率、负载电阻等。接着借助理论计算与仿真分析的手段,得到上述各影响因子与系统传输性能之间的内在联系,并据此提出几种提高系统传输效率的可行性方案。最后完成本文试验样机设计,通过实验验证的方式确定前面电路计算、仿真分析所得结论的科学性。综合补偿电容参数、谐振频率、负载电阻等系统参数对MCR-WPT进行进一步优化。
【关键词】：无线电能传输 MCR-WPT 松耦合变压器 传输性能
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-23
• 1.1 课题背景及意义13-14
• 1.2 WPT技术简介14-19
• 1.2.1 WPT分类14-18
• 1.2.2 MCR-WPT系统构成18-19
• 1.3 国内外MCR-WPT的研究现状19-21
• 1.3.1 MCR-WPT的国外研究现状19-20
• 1.3.2 MCR-WPT的国内研究现状20-21
• 1.3.3 待研究的问题21
• 1.4 论文主要内容21-23
• 2 MCR-WPT传输系统模型与能量分析23-35
• 2.1 磁耦合理论23
• 2.2 MCR-WPT系统23-27
• 2.2.1 WCR-WPT系统模型23-24
• 2.2.2 两线圈WCR-WPT结构24-27
• 2.3 MCR-WPT系统能量分析27-34
• 2.3.1 耦合模理论27-31
• 2.3.2 电路理论31-34
• 2.4 本章小结34-35
• 3 MCR-WPT拓扑结构传输特性研究35-55
• 3.1 MCR-WPT拓扑结构35-39
• 3.1.1 拓扑结构传输特性分析35-39
• 3.2 谐振参数的影响39-44
• 3.2.1 副边补偿电路39-41
• 3.2.2 原边补偿电路41-42
• 3.2.3 仿真与验证42-44
• 3.3 负载与传输性能关系44-46
• 3.4 品质因数的影响46-48
• 3.4.1 传输特性与品质因素46-47
• 3.4.2 仿真与验证47-48
• 3.5 互感与输出功率、效率关系48-51
• 3.6 谐振频率与传输性能的关系51-53
• 3.6.1 负载吸收功率与频率的关系51-52
• 3.6.2 传输效率与频率的关系52-53
• 3.7 本章小结53-55
• 4 MCR-WPT实验设计与结果分析55-67
• 4.1 MCR-WPT系统框架设计55
• 4.2 MCR-WPT实验电路设计55-59
• 4.2.1 发射端设计56-57
• 4.2.2 接收端设计57-59
• 4.3 实验电路实物图59
• 4.4 实验论证59-65
• 4.4.1 谐振电容与功率、传输效率的验证60-61
• 4.4.2 不同负载与功率、传输效率的验证61-62
• 4.4.3 线圈参数与功率、传输效率的验证62-65
• 4.4.4 频率与功率、传输效率的验证65
• 4.5 本章小结65-67
• 5 总结与展望67-69
• 5.1 总结67
• 5.2 展望67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 作者简介74

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