基于超声波的隔金属介质无线电能传输技术研究

发布时间：2017-12-23 11:59

本文关键词：基于超声波的隔金属介质无线电能传输技术研究　出处：《大连理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着科技的进步与社会的发展,电气设备日益普及。但在金属密闭容器以及其他气密设备内部,使用导线直接为电气设备供电会破坏金属容器的密闭性和完整性,无线电能传输技术(Wireless Power Transfer, WPT)是解决该问题的有效方法。近年来,基于超声波的无线电能传输技术(Ultrasonic Wireless Power Transfer, USWPT)因其独特的优势开始得到国内外科技工作者的重视,尤其是可穿透金属介质的特点,使得人们可以采用“无线电能传输”技术为密闭金属容器内的电气设备(例如传感器)提供电力。本文主要对基于超声波的隔金属介质无线电能传输技术进行了探索性研究。具体工作如下：阐述了USWPT技术的研究现状和发展趋势,并对基于压电超声换能器的隔金属介质USWPT系统的工作原理进行了理论分析。根据电-力类比原理,建立了压电换能器的机电等效模型,分析了换能器的阻抗特性,进一步建立了发射端和接收端在谐振频率附近的电路模型。设计了隔金属介质USWPT系统专用的超声发射换能器和接收换能器,主要包括对换能器结构分析、材料选择和尺寸计算。对制作的换能器样品进行了测试,得到了各项电学等效参数。为研究隔金属介质USWPT系统的功率传输能力,设计了频率和电压可调的超声电源,主要包括全桥逆变电路、PWM控制电路和驱动电路。分析了移相ZVS-PWM控制方式下电源主电路的工作特点。对USWPT系统的阻抗匹配进行了研究,为减小换能器工作时的无功损耗,提高系统的功率传输能力,提出了一种发射端采取LCC(电感-电容-电容)匹配,接收端采取LC(电感-电容)匹配的阻抗匹配方案,并在实验中验证了其有效性。对影响金属介质USWPT系统功率传输能力的主要因素进行了实验研究,发现电源工作在发射换能器谐振频率时,系统的功率传输特性最佳,且存在最佳负载阻抗,使系统输出功率最大。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM724

【参考文献】