谐振耦合多载式无线电能传输系统的研究

发布时间：2017-08-22 15:22

  本文关键词：谐振耦合多载式无线电能传输系统的研究

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【摘要】：无线电能传输技术带来的便利性使其逐渐成为研究热点,其中谐振耦合式无线输能系统能够实现高效的中远距离能量传输,具有较高的分析价值和研究意义。目前对单个负载谐振耦合无线电能传输系统的研究分析及装置应用较多,然而,多载式系统的分析研究相对较少。针对多载谐振耦合无线电能传输系统的研究,包括系统的建模、仿真分析和实验测试,其中实验部分通过设计变换电路模块及硬件平台的搭建对系统进行效果验证和性能分析。在系统模型建立方面,给出了两种不同建模方法,由于耦合模理论在参数设计问题存在一定的限制性,所以从等效电路理论进行系统建模,通过公式推导和仿真分析得出了系统的功率及效率传输特性。具体分析了系统谐振耦合模块中的谐振频率、电感线圈、传输距离以及负载电阻参数对系统传输特性的影响。在系统理论分析方面,首先通过对单载系统研究得到系统的最佳传输距离及最佳负载值,通过分析频率分裂问题以及电容补偿问题得到补偿拓扑结构的选择方法；其次通过对多载系统的研究得到系统的距离和耦合系数选择范围,提出了系统最佳传输状态以及功率分配研究方法,经推导得到多负载系统最佳传输状态条件和功率分配通用式。在系统实验测试方面,设计了变换电路模块及对应的驱动电路,通过测试得到半桥逆变电路设计的合理性,实验效果部分成功点亮了不同位置下的两负载端的灯泡,数据测试部分得到距离与系统性能的关系；其中同轴异侧两负载的最优距离是15cm和17cm,效率最终达到为42.43%；同轴同侧两负载的最优距离是13cm和26cm,效率为38.21%；测试部分验证了系统的传输特性和功率分配与理论的基本一致性。
【关键词】：无线电能传输 谐振耦合 功率分配 最佳传输状态 逆变电路
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 研究背景及意义8-11
• 1.2 国内外的研究现状11-14
• 1.2.1 国外研究现状11-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 应用前景14-15
• 1.4 本文的主要内容15-17
• 第二章 谐振耦合无线电能传输系统17-29
• 2.1 谐振耦合无线输能理论17-20
• 2.1.1 场的概念17-18
• 2.1.2 线圈模型18-19
• 2.1.3 谐振电路19-20
• 2.2 谐振耦合无线电能传输系统参数分析20-24
• 2.2.1 传输系统的最佳频率范围20-21
• 2.2.2 传输性能产生影响的因素21-24
• 2.3 谐振耦合无线电能传输系统模型分析24-28
• 2.3.1 谐振电路耦合模理论分析24-27
• 2.3.2 谐振耦合系统电路模型分析27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 单负载谐振耦合系统研究29-42
• 3.1 传输系统的影响因素29-33
• 3.1.1 距离对传输系统的影响29-31
• 3.1.2 负载对传输系统的影响31-33
• 3.2 频率分裂33-36
• 3.2.1 频率分裂现象33-35
• 3.2.2 抑制方法35-36
• 3.3 补偿拓扑结构性能分析36-40
• 3.3.1 无补偿时的反映阻抗36
• 3.3.2 系统的补偿分析36-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第四章 多载式谐振耦合无线输电系统研究42-55
• 4.1 多载式谐振耦合无线输电系统构成42-44
• 4.2 系统参数关系与性能分析44-48
• 4.2.1 传输距离对系统的影响44-46
• 4.2.2 耦合系数对系统的影响46-48
• 4.3 系统的传输最佳状态以及功率分配的研究48-54
• 4.3.1 最佳传输状态的研究48-52
• 4.3.2 负载功率分配的研究52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 多载式谐振耦合无线输电系统的实验分析55-70
• 5.1 系统硬件电路设计55-60
• 5.1.1 驱动电路55-59
• 5.1.2 死区电路59-60
• 5.2 实验平台60-63
• 5.2.1 实验装置60-62
• 5.2.2 电路测试62-63
• 5.3 系统的实验数据与分析63-69
• 5.3.1 单载系统测试与分析63-64
• 5.3.2 多载下系统测试与分析64-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 6.1 总结70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-77
• 致谢77-78
• 作者简介78

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本文编号：719880