基于磁耦合谐振的无线电能传输系统的研究

发布时间：2017-09-25 11:02

  本文关键词：基于磁耦合谐振的无线电能传输系统的研究

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【摘要】：无线电能传输相比于传统电能传输方式,具有节约资源、安全和方便等优势,因此无线供电是目前研究的热点问题。磁耦合谐振WPT作为目前应用前景最好的无线电能传输方式,利用的是系统两线圈之间的松耦合现象以及能量在系统谐振时高效的从发射回路传输到接收回路这一原理实现的电能无线传输,从而具有高效率、中远距离传输以及安全性高等优势。因而该技术吸引了众多科研者投入其中,具有非常高的研究价值和巨大的发展空间。本文以磁耦合谐振WPT技术的工作原理为基础,结合耦合模理论和电路理论,构建出该系统的总体结构和等效电路,通过对该系统分析与推导,总结出系统能量传输特点与内在规律。通过分析系统频率、线圈内阻以及耦合系数等因素对系统性能的影响规律,总结出系统性能较高时对应的参数值以及提高输出功率与传输效率的有效方法：1、优化线圈参数；2、利用频率跟踪方法,使得系统频率与负载阻抗相匹配。本文设计了一个带有Buck电路的磁耦合谐振WPT系统,提高了系统对负载的适应性。该系统主要包括高频逆变、整流滤波和Buck电路三部分,详细介绍了不对称半桥逆变电路以及整流滤波电路的设计,并通过仿真验证了设计的可行性。搭建了带有Buck电路的系统仿真电路,根据该仿真电路测试了逆变输出波形、负载两端电压波形以及能量传输波形等,根据仿真结果进行参数优化,最终实现了电能的无线传输以及降压功能,输出结果与理论分析相近,以此证明了系统设计的合理性。
【关键词】：无线电能传输 磁耦合谐振 系统性能 仿真
【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
• Abstract6-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 课题研究背景与意义12
• 1.2 无线电能传输技术12-15
• 1.2.1 感应耦合无线电能传输13-14
• 1.2.2 辐射式无线电能传输14
• 1.2.3 磁耦合谐振式无线电能传输14-15
• 1.3 国内外研究现状15-19
• 1.3.1 国外研究现状16-18
• 1.3.2 国内研究现状18-19
• 1.4 磁耦合谐振WPT研究热点与发展动向19-20
• 1.5 论文主要研究内容20-22
• 2 磁耦合谐振无线电能传输理论22-40
• 2.1 相关基础理论22-23
• 2.2 系统结构与基本原理23
• 2.3 系统的理论分析23-32
• 2.3.1 耦合模理论模型24-30
• 2.3.2 电路理论模型30-32
• 2.4 磁耦合谐振WPT系统谐振拓扑电路32-35
• 2.4.1 串-串式谐振拓扑电路32-34
• 2.4.2 并-并式谐振拓扑电路34-35
• 2.5 磁耦合谐振WPT特性分析35-39
• 2.5.1 系统频率特性35-37
• 2.5.2 功率和效率特性37-39
• 2.6 本章小节39-40
• 3 磁耦合谐振WPT系统影响因素分析40-52
• 3.1 频率对系统性能的影响40-44
• 3.1.1 系统频率分析40-43
• 3.1.2 最佳谐振频率分析43-44
• 3.2 负载电阻对系统性能的影响44-46
• 3.3 内阻对系统性能的影响46-48
• 3.4 耦合系数对系统性能的影响48-51
• 3.4.1 系统耦合系数分析48-49
• 3.4.2 最佳耦合系数分析49-51
• 3.5 本章小结51-52
• 4 仿真与分析52-62
• 4.1 总体设计方案52
• 4.2 高频逆变电路设计52-54
• 4.2.1 逆变电路选型52-53
• 4.2.2 不对称半桥逆变电路设计53-54
• 4.3 谐振电路设计54-55
• 4.4 整流调压电路设计55-57
• 4.5 系统整体仿真与分析57-60
• 4.6 本章小结60-62
• 5 总结与展望62-64
• 5.1 总结62
• 5.2 展望62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-70
• 作者简介及读研期间主要科研成果70

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