基于FPGA控制的磁耦合式无线电能传输技术研究

发布时间：2019-10-06 16:13

【摘要】：电力的广泛应用掀起了第二次工业革命的高潮并给人们的生活带来了极大便利，，但错综复杂的电线、频繁插拔的插座给电能使用带来了许多安全隐患。 磁耦合无线电能传输技术利用近磁场耦合方式进行能量传输，能实现电能在中程距离的无线传输。它改善了传统无线电能传输距离短、效率低的问题。具有广泛的应用前景。FPGA是一种能利用硬件电路产生高频信号的器件，具有速度快、设计方便、稳定性高等特点。通过FPGA控制E类放大电路能产生大功率的高频功率源，为研究大功率磁耦合无线电能传输技术提供硬件支持。 本文首先运用线圈耦合理论计算了近场区域内互感系数的解析解表达式，分析了同轴情况下耦合系数与线圈尺寸之间的关系，得到线圈半径相等时它们的耦合系数最大，并结合无线电能传输理想模型分析了传输功率、效率与频率之间的关系。 然后详细介绍了磁耦合无线电能传输系统中E类功率放大器的设计，主要包括直流稳压电路设计、E类功放主回路设计、射频驱动电路设计及负载选择。通过对无线电能传输系统电路仿真，研究了频率、耦合系数对无线电能传输系统的影响。 接着利用FPGA硬件控制，设计了一种可对系统传输效率进行跟踪的信号发生器电路，其精度达到了0.01MHz。 最后结合FPGA控制电路与E类功率放大器进行磁耦合无线电能传输实验，在20cm内成功给60瓦功率的白炽灯泡供电，传输效率达到80%。
【图文】：

图 1-1 分离式变压器Fig.1-1 Separate transformer线电能传输技术已经有了一定的应用，比如可动汽车充电平台[6]。电磁感应式电能传输技术受仍不能得到广泛应用。电能传输方式是将电能以微波束的形式发射出去，接收器波电力传输采用的频率很高，从几百 MHz 到人体可能有危害，并且超高频率的电力电子器线电能传输电力传输是在电磁感应式传输基础上，通过在发电容，使线圈电抗和电容电抗在某频率点附近

第 1 章 绪 论耦合式无线电能传输技术的优势使其成为无线电能传输的研究亦是在此方向展开的。合式无线电能传输发展现状研究现状 6 月，麻省理工学院的 Marin Soljacic 教授和他的研究团式成功地点亮了一个距离电源端 2m，功率为 60 瓦的电应用于供电技术提供了可行性。如图 1-2 所示，研究小组生“共振”，谐振频率为 9.9MHz，线圈直径为 600mm，线圈 40%[10-12]。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN791;TM724

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本文编号：2545818