一种新型补偿结构的磁耦合谐振式无线能量传输系统研究

发布时间：2017-09-20 22:36

  本文关键词：一种新型补偿结构的磁耦合谐振式无线能量传输系统研究

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【摘要】：在科技水平迅猛发展的今天,人类越来越趋向于追求方便智能的生活。无线充电应运而生,无线充电电动牙刷、无线充电手机、无线充电汽车等正在逐渐走进人类生活当中。如何实现远距离、大功率、小尺寸的稳定的无线能量传输系统,是当前研究的热点和难点。无线能量传输系统中发射线圈和接收线圈可以等效为一个弱耦合的变压器,只有对其进行补偿才有可能实现功率传输。然而不同的补偿网络结构,使得无线能量传输系统的系统特性也是不同的,相应的功率控制方法以及系统设计方法也会有所不同。目前,广泛使用的是采用双边补偿的四种基本网络补偿结构,串串补偿、串并补偿、并串补偿以及并并补偿。但是每一种补偿结构都有其固有缺陷。本文基于变压器的漏感等效模型,提出了一种双CC补偿网络模型,通过对变压器的漏感和励磁电感的补偿,使系统呈现出近似理想变压器的特性,这一特性对实际应用非常有利。本文详细分析了双CC补偿网络结构的无线能量传输系统的系统特性,主要包括系统源端阻抗特性,以研究系统零相角频率;电压增益特性,着重研究了负载、频率和耦合系数变化对电压增益的影响,讨论了频率分叉现象出现的规律;最后是效率与功率特性,研究了系统最大效率的条件,以及与功率之间的关系。这些特性研究为系统的优化设计提供了坚实的理论基础。在理论分析的基础上,进一步设计完成了一台基于双CC补偿网络结构的无线能量传输系统的样机。样机选用了波形THD值更小的12阶梯波作为激励波形,而非目前普遍应用的方波;解决了市场上无高频三相三磁柱变压器磁芯以及绕制中存在的若干难题;给出了线圈的详细设计过程,研究了线圈浇注的工艺以固定线圈的电气特性。最终调试并完成了一台100W,传输距离0.5米,0.02的低耦合系数的基于双CC补偿网络的无线能量传输系统的样机,设计了相关的验证性实验。实验结果验证了理论分析以及系统参数设计的正确性。在额定工作条件下,耦合器的效率将近达到90%。
【关键词】：无线充电 补偿网络 线圈设计 阶梯波逆变
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 课题来源9-10
• 1.2 无线能量传输的简介10-11
• 1.3 补偿网络拓扑研究现状11-16
• 1.4 逆变器及功率控制方法研究现状16-20
• 1.5 本文研究的主要内容与意义20-21
• 2 磁耦合谐振式无线能量传输系统的组成与模型21-29
• 2.1 系统构成21
• 2.3 耦合机构数学分析模型21-27
• 2.4 副边交流等效负载27-28
• 2.5 小结28-29
• 3 补偿网络及系统特性分析29-51
• 3.1 引言29-32
• 3.2 基本补偿网络结构及其设计方法32-42
• 3.3 双CC补偿网络及其设计方法42-50
• 3.4 小结50-51
• 4 基于双CC补偿的无线能量传输系统设计51-68
• 4.1 总体参数设计51-53
• 4.2 逆变电源设计53-57
• 4.3 线圈以及耦合器结构设计57-61
• 4.4 软件设计61-62
• 4.5 实验结果分析62-67
• 4.6 小结67-68
• 5 结束语68-70
• 5.1 全文总结68
• 5.2 下一步要完成的工作68-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-78

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本文编号：890832