磁耦合谐振式无线电能传输技术的研究

发布时间：2017-10-09 15:15

  本文关键词：磁耦合谐振式无线电能传输技术的研究

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【摘要】：基于无线电能传输技术的装置是指在电能的发射端和接收端不需要金属导线相连而进行电能传输的装置。它把电源和相应的负载分离开来,不但使用方便,而且消除了在电能传输过程中开关接触和闭合时可能产生的电火花,在严禁烟火场合无线电能传输技术的应用就显得更加安全、可靠。磁耦合谐振式无线电能传输技术作为无线电能传输技术的一个重要分支,有传输距离更远、效率更高、穿透性良好等优点,因此对这项技术的研究很快成为各国学者研究的热点。对这项技术的研究虽然取得了较大的进展,但在传输理论、源电压信号逆变、谐振频率的跟踪、耦合线圈、电磁辐射等方面还有待进一步研究。本论文针对磁耦合谐振式无线电能传输技术开展研究,主要内容有:(1)详细分析了磁耦合谐振式无线电能传输的机理,并根据互感耦合理论建立了系统电路模型,分析推理出影响无线电能传输性能的主要因素。(2)分析了整个电能传输系统电路,对线圈在高频信号下的自感作用、趋肤效应和绕法特性进行了理论分析,找到了能使电能传输的最佳线圈结构;研究了谐振电容与耦合线圈等效电感电容的不同组合方式,提出了电能转换效率最高的电路结构。(3)通过对谐振电容在拓扑结构中四种不同组合方式的研究,得到了耦合因数和电能发射端接收端电能品质因数对电压增益的影响规律,以及不同拓扑结构的最佳应用场合。利用PSpice软件进行仿真,证明了理论研究结果的正确性,为磁耦合谐振式无线电能传输装置的设计打下了基础。(4)详细分析了各类功率放大器的原理电路和工作点波形图,为功率放大器方案的选择和设计提供依据。(5)根据理论研究成果进行磁耦合谐振式无线电能传输的设计,提出了系统各个模块的设计方法以及相关电路各个元件和芯片的选择依据,最终制作了输出参数为6 V/3 W的试验样机。
【关键词】：磁耦合谐振式 耦合线圈 功率放大器 谐振频率 拓扑
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 无线电能传输技术的研究现状11-13
• 1.2.1 电磁感应式无线电能传输技术12
• 1.2.2 微波式无线电能传输技术12-13
• 1.2.3 磁耦合谐振式无线电能传输技术13
• 1.3 磁耦合谐振式无线电能传输技术的研究背景13-15
• 1.4 磁耦合谐振式无线电能传输技术的主要问题15
• 1.5 论文研究的目的和意义15-16
• 1.6 论文的主要研究内容16-17
• 第二章 磁耦合谐振式无线电能传输技术的原理及模型分析17-25
• 2.1 系统传输原理研究17-18
• 2.2 磁耦合理论概念简述18
• 2.3 无线能量传输系统建模18-21
• 2.4 系统仿真分析21-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 磁耦合谐振式无线电能传输系统的特性研究25-42
• 3.1 系统拓扑特性分析25-26
• 3.2 线圈特性分析26-29
• 3.2.1 线圈的自感作用26-27
• 3.2.2 线圈绕法特性分析27-28
• 3.2.3 高频信号下导线的趋肤效应28-29
• 3.3 串联谐振和并联谐振分析29-32
• 3.3.1 LC串联谐振29-31
• 3.3.2 LC并联谐振31-32
• 3.4 谐振电容对拓扑的影响32-36
• 3.4.1 发射端谐振对系统性能的影响33-34
• 3.4.2 接收端谐振对系统性能的影响34-36
• 3.5 LC谐振对系统增益的影响36-41
• 3.5.1 对电压增益的影响36-40
• 3.5.2 发射端谐振电容的选取40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第四章 功率放大器方案的确定42-54
• 4.1 一般功率放大器的形式42-46
• 4.1.1 A类功率放大器42-43
• 4.1.2 B类功率放大器43-44
• 4.1.3 AB类功率放大器44-45
• 4.1.4 C类功率放大器45-46
• 4.2 OTL功率放大器46-48
• 4.3 OCL功率放大器48-50
• 4.4 E类功率放大器50-52
• 4.5 功率放大器的选择52-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第五章 磁耦合谐振式无线电能传输系统设计54-71
• 5.1 无线电能传输系统的总体拓扑设计54
• 5.2 函数信号产生电路的的设计54-59
• 5.2.1 信号产生电路元器件的选择54-58
• 5.2.2 信号产生电路图设计58-59
• 5.3 功率放大器的设计59-63
• 5.3.1 元器件的选择59-61
• 5.3.2 OCL功率放大器的电路图设计61-63
• 5.4 耦合线圈电路的设计63-64
• 5.5 直流稳压电源设计64-68
• 5.5.1 LM78芯片的应用65-66
• 5.5.2 原理图的设计66-67
• 5.5.4 电路仿真实验67-68
• 5.6 整流滤波电路设计68-70
• 5.7 谐振式无线电能传输系统的试验样机的制作70
• 5.8 本章小结70-71
• 第六章 结论与展望71-73
• 6.1 工作总结71
• 6.2 设计心得体会71-72
• 6.3 展望72-73
• 参考文献73-75
• 致谢75-76
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文76

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