磁耦合谐振式无线电能传输特性的研究

发布时间：2017-07-04 08:06

  本文关键词：磁耦合谐振式无线电能传输特性的研究

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【摘要】：无线电能传输技术避免了传统有线电能传输技术的劣势,在医疗、工业、生活等方面都具有广阔的应用前景。磁耦合谐振式无线电能传输(Resonant Wireless Power Transfer, RWPT)作为一种新型的无线电能传输技术具有传输距离远、效率高等优点,目前很多国内外研究学者就该技术展开了全面的研究。首先,本文针对RWPT技术的传输特性展开了相关研究。利用电路理论对RWPT系统的拓扑结构进行了数学建模分析,根据其拓扑结构的优缺点,本文给出了一种改进型两线圈制传输系统结构,该改进型结构克服了其他拓扑结构在远距离传输时效率较低的缺点,能够在远距离传输的同时具有较高的传输效率。将改进型两线圈制传输系统推广到三线圈制传输系统中进行建模分析,仿真得出改进型三线圈制比传统型三线圈制传输距离远、效率高。其次,本文通过仿真对比了各拓扑结构的传输功率及传输效率随负载和距离的变化,分析了各拓扑结构的优缺点。并对改进型两线圈制传输系统进行了深入的研究,在不同传输距离和负载的条件下通过调节其匹配电容组可以获得较高的传输效率。本文还对传输系统的方向性和多负载性进行研究,重点分析了线圈位置的偏离引起传输效率的变化以及多负载结构的情况下负载之间的耦合对传输效率的影响。最后,搭建了不同线圈制的基本结构和改进型结构的RWPT传输系统的实物装置,试验数据表明了理论的正确性和可行性。
【关键词】：无线电能传输 磁耦合谐振 传输特性 方向性 多负载性 改进型结构
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 无线电能传输技术的分类及国内外研究现状11-15
• 1.3 目前磁耦合谐振式无线电能传输的主要研究内容15-17
• 1.4 论文主要研究内容及其章节安排17-18
• 1.4.1 论文主要的研究内容17
• 1.4.2 论文章节安排17-18
• 第2章 磁耦合谐振式无线电能传输的理论与建模18-36
• 2.1 RWPT系统的理论分析18-21
• 2.1.1 RWPT系统的构成18-19
• 2.1.2 RWPT系统的工作原理与遵循的准则和方程19-20
• 2.1.3 RWPT系统的谐振方式20-21
• 2.2 RWPT系统的电路模型21-24
• 2.2.1 RWPT系统基本结构的电路模型21-22
• 2.2.2 传统型RWPT系统拓扑结构的电路模型22-23
• 2.2.3 改进型RWPT系统结构的电路模型23-24
• 2.2.4 多负载RWPT系统结构的电路模型24
• 2.3 RWPT系统的建模分析24-35
• 2.3.1 RWPT系统基本结构的建模分析24-26
• 2.3.2 改进型RWPT系统结构的建模分析26-30
• 2.3.3 传统型RWPT系统拓扑结构的建模分析30-33
• 2.3.4 多负载RWPT系统的建模分析33-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第3章 磁耦合谐振式无线电能传输特性仿真分析36-54
• 3.1 频率特性分析36-39
• 3.1.1 电压增益随频率的变化37-38
• 3.1.2 传输功率随频率的变化38
• 3.1.3 传输效率随频率的变化38-39
• 3.2 距离特性分析39-45
• 3.2.1 两线圈制基本结构距离特性分析39-41
• 3.2.2 两线圈制拓扑结构距离特性对比分析41-42
• 3.2.3 不同线圈制结构距离特性对比分析42-45
• 3.3 负载特性分析45-49
• 3.3.1 两线圈制基本结构负载特性分析45-46
• 3.3.2 两线圈制拓扑结构负载特性对比分析46-47
• 3.3.3 不同线圈制结构负载特性对比分析47-49
• 3.4 方向特性分析49-50
• 3.5 改进型两线圈制结构传输系统特性分析50-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第4章 磁耦合谐振式无线电能传输系统电路设计54-64
• 4.1 系统结构54
• 4.2 供电电源部分设计54-56
• 4.2.1 变压器的选型55
• 4.2.2 整流桥电路设计55
• 4.2.3 直流电源设计55-56
• 4.3 高频逆变电路设计56-60
• 4.3.1 MOS开关管选型及其驱动电路56-59
• 4.3.2 H桥驱动电路设计59-60
• 4.4 谐振电路设计60-61
• 4.4.1 线圈设计60-61
• 4.4.2 谐振电容选择61
• 4.5 高频整流电路设计61-62
• 4.6 PCB布板62-63
• 4.7 本章小结63-64
• 第5章 系统测试与验证64-74
• 5.1 传输系统参数测试64-66
• 5.1.1 线圈电感值的测试64-65
• 5.1.2 匹配电容值的测试65-66
• 5.1.3 谐振电路谐振点的测试66
• 5.2 H桥驱动电路参数测试66-68
• 5.3 传输系统特性测试验证68-73
• 5.3.1 两线圈制传输系统的特性验证68-71
• 5.3.2 三线圈制传输系统的特性验证71-73
• 5.4 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录80

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本文编号：516965