电磁耦合共振式无线电能传输系统的仿真与实验

发布时间：2017-07-26 21:31

  本文关键词：电磁耦合共振式无线电能传输系统的仿真与实验

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【摘要】：随着电磁理论、电力电子器件、材料学、控制技术和功率变换的发展，无线电能传输的应用受到了越来越多的关注，将逐渐地成为现实。无线电能传输没有导线连接，是一种新型的安全和稳定的电能传输形式。2007年麻省理工学院利用磁耦合共振式的无线电能传输理论在2m范围内点亮一个60W的灯泡，至此无线电能传输技术的研究迅速地成为世界范围内学者研究的焦点。 本文详细介绍了电磁耦合共振式的基本理论，探讨了电磁耦合共振式无线传输的基本原理，分析了电磁耦合及耦合共振的电磁特性。利用matlab仿真软件仿真分析功率分布与系统结构以及线圈参数的关系，得出了两线圈系统模型中最优结构模型，并仿真得出了定电感线圈减小线圈匝数，增大线圈半径有利于传输距离提高的结论。然后利用ANSYS有限元仿真软件，定量分析了磁耦合共振式无线电能传输系统两线圈、三线圈以及四线圈之间的耦合磁场，获得了磁感应强度的空间分布图，并针对不同结构模型系统的特性进行了比较研究，通过使用中继线圈增强了磁场的物理特性，提高了系统传输距离，揭示了不同位置的中继线圈对系统耦合场的影响机理。 最后，，设计了一套实验装置，测量了不同系统模型的功率传输实测数据，验证了理论分析和数值仿真的正确性。论文从理论分析、仿真计算、实验验证等方面，对电磁耦合共振式无线电能传输系统的传输距离、传输功率和系统模型的结构优化设计等方面进行了全面分析，为电源模块的开发提供了重要的参考数据。
【关键词】：无线电能传输 ANSYS 中继线圈 耦合磁场 实验装置
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 研究背景以及选题意义11-12
• 1.2 无线电能传输技术的分类及国内外研究现状12-16
• 1.2.1 电磁感应耦合方式12-14
• 1.2.2 辐射式无线能量传输技术14-15
• 1.2.3 磁耦合共振式无线电能传输15-16
• 1.3 本文研究的主要内容16-18
• 第2章 磁耦合共振式无线电能传输系统模型18-28
• 2.1 磁耦合共振式能量传输系统组成及原理分析18
• 2.2 磁耦合共振式能量传输的基本理论18-21
• 2.2.1 磁耦合概念18-19
• 2.2.2 耦合共振理论19-20
• 2.2.3 磁耦合共振线圈电感、互感及耦合系数20-21
• 2.3 磁耦合共振式系统电路模型及功率分析21-27
• 2.3.1 磁耦合共振式系统电路模型21-22
• 2.3.2 磁耦合共振式系统输出功率理论分析22-25
• 2.3.3 磁耦合共振式系统输出功率 matlab 仿真分析25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 磁耦合共振式无线电能传输系统的电磁场数值仿真28-35
• 3.1 耦合磁场仿真软件介绍28
• 3.2 两线圈模型耦合磁场仿真分析28-31
• 3.2.1 两线圈耦合磁场仿真分析28-30
• 3.2.2 两线圈模型四种结构的耦合磁场仿真分析30-31
• 3.3 多线圈模型耦合磁场仿真分析31-34
• 3.3.1 两线圈模型与多线圈模型仿真分析比较31-33
• 3.3.2 中继线圈位移对系统耦合磁感应强度影响33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 磁耦合共振式无线电能传输系统的实验设计35-44
• 4.1 总体设计方案35-36
• 4.2 信号发生器电路设计36-38
• 4.3 功率放大器设计38-41
• 4.3.1 一级功率放大器设计38-40
• 4.3.2 二级功率放大器设计40-41
• 4.4 发射与接收系统设计41-43
• 4.4.1 高频电容的选取41-42
• 4.4.2 共振线圈设计42-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第5章 磁耦合共振式无线电能传输系统的实验研究44-53
• 5.1 两线圈系统模型的四种结构实验比较44-46
• 5.2 多线圈系统的相关实验46-49
• 5.2.1 带中继线圈的多线圈系统实验46-49
• 5.2.2 定电感线圈与系统传输距离关系49
• 5.3 无线电能传输系统干扰物实验49-51
• 5.4 多负载实验51-52
• 5.5 本章小结52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-60
• 攻读学位期间取得的研究成果及发表的学术论文60-61
• 致谢61-62
• 附录62-67

【参考文献】

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本文编号：578463