基于级联式磁耦合谐振系统的分析

发布时间：2017-08-02 02:10

  本文关键词：基于级联式磁耦合谐振系统的分析

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【摘要】：自从2007年麻省理工学院的科学家马林·索尔贾希克等人利用磁耦合谐振原理成功点亮一个2 m外60 W的灯泡以后,这种利用磁耦合谐振进行中距离无线电能传输的技术获得了巨大的关注。磁耦合谐振无线电能传输是具有相同谐振频率的接收线圈与发射线圈,在电磁共振作用下,发生强电磁耦合,从而实现近区电能高效传输的一种技术。磁耦合谐振式无线电能传输技术与其它无线电能传输技术相比,具有装置简单、电磁辐射小、对人体无危害等特点,适用于中等距离无线传输,可以很好地解决与生活息息相关的室内供电问题。但目前该项技术还处于起步阶段,无法实现中距离高效率的电能传输。为提高系统传输效率、增大传输距离,本文从理论、实验、仿真三方面对磁耦合谐振无线电能传输机制进行了深入研究,通过采用多级线圈装置,实现多个同轴线圈的交互共振,从而更大限度地优化磁共振无线电能传输系统的性能。论文从以下几个方向进行研究:(1)从耦合模理论角度对磁耦合谐振系统进行研究,建立起二级和三级串联谐振耦合电路理论模型,推导出耦合谐振系统传输效率计算公式,为实际设计最佳传输系统提供思路。(2)采用Matlab编程软件对理论模型进行仿真,直观地分析改变线圈传输距离,线圈轴心偏移和加入中继线圈对传输效率的影响,优化设计出最佳磁耦合无线电能传输系统。(3)成功搭建了螺旋形线圈和方形线圈磁耦合无线电能传输平台,运用矢量网络分析仪对实物模型进行测试,实验验证了改变感应距离,传输距离,以及中心轴偏离等因素对系统传输效率的影响,并直观测量了多级级联式线圈共振模型的性能,从而证实多级线圈系统确实能够延长传输距离,提高传输效率,为解决中距离的无线电能传输难题提供了一条思路。(4)初次将HFSS电磁仿真软件应用在磁耦合谐振无线电能传输上,成功建立仿真模型。仿真得出的S参数曲线图反映了能量传输效率的变化趋势。将仿真分析与实验结果进行比较发现,两者具有良好的一致性。这促使在以后的研究中,可通过仿真直接模拟实验结果,为优化设计系统提供了便利。
【关键词】：耦合模理论 谐振 传输效率 无线电能传输
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.2 无线电能传输（WPT）的类型12-17
• 1.2.1 电磁波辐射式无线电能传输13-14
• 1.2.2 磁耦合感应式无线电能传输14-15
• 1.2.3 磁耦合谐振式无线电能传输15-16
• 1.2.4 三类WPT技术对比16-17
• 1.3 国内外研究现状17-20
• 1.3.1 国外研究现状17-18
• 1.3.2 国内研究现状18-19
• 1.3.3 商业应用前景19-20
• 1.4 论文章节安排20-22
• 第二章 磁耦合谐振无线电能传输系统简介22-32
• 2.1 磁耦合谐振无线电能传输（MCR-WPT）22-25
• 2.1.1 共振在无线传输中的应用22-23
• 2.1.2 MCR-WPT基本工作原理23-25
• 2.2 MCR-WPT模型结构比较25-29
• 2.2.1 模型输入阻抗比较26-27
• 2.2.2 模型传输效率比较27-28
• 2.2.3 模型负载匹配比较28-29
• 2.3 MCR-WPT系统参数分析29-31
• 2.3.1 系统的耦合系数29-30
• 2.3.2 系统的损耗系数30
• 2.3.3 系统的最佳频率30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 磁耦合谐振系统模型的理论分析32-38
• 3.1 螺旋形磁耦合系统的理论分析32-36
• 3.1.1 二级线圈系统的电路分析32-34
• 3.1.2 三级线圈系统的电路分析34-36
• 3.2 方形磁耦合系统的理论分析36-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第四章 螺旋线圈系统的仿真与实验分析38-52
• 4.1 Matlab仿真理论分析38-39
• 4.2 螺旋线圈实物测试实验39-43
• 4.3 螺旋线圈HFSS仿真分析43-44
• 4.4 实验与仿真结果比较44-50
• 4.5 本章小结50-52
• 第五章 方形线圈系统的仿真与实验分析52-62
• 5.1 方形线圈实物测试实验52-55
• 5.2 方形线圈HFSS仿真分析55-57
• 5.3 实验与仿真结果比较57-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-64
• 6.1 结论62
• 6.2 未来研究展望62-64
• 参考文献64-70
• 致谢70-72
• 攻读硕士学位期间学术成果72

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本文编号：607166