共振式无线电能传输系统的关键技术研究

发布时间：2017-09-26 05:21

  本文关键词：共振式无线电能传输系统的关键技术研究

  更多相关文章： 共振式WPT 传输距离与效率 品质因数

【摘要】：无线电能传输技术与传统的接触式充电相比较具有的方便灵活、环境适应性强、安全可靠等优点使得其吸引着国内外越来越多的专家学者对此进行研究。其中,共振式WPT技术因其具有较远传输距离以及高效率的能量传输特性而具有极大的应用价值,对无线电能传输技术的发展具有重要意义,将是无线电能传输领域的重要发展方向。文中首先介绍无线电能传输技术的概念及其分类,回顾共振式WPT技术的发展历史,对共振式WPT技术的基本结构与工作原理、关键与热门技术的发展研究以及产品开发与实际应用现状等进行归纳、总结,指出共振式WPT技术的关键是优化非接触变压器以提升能量传输效率。然后,本文利用互感模型推导电压增益、传输功率及其传输效率的表达式,并分析系统传输特性与多个关键参数之间的关系。针对共振式WPT技术中通常要面临延长传输距离与提升传输效率这两个问题进行研究,提出利用8字型绕组增加耦合系数,建立了系统的品质因数模型,并设计负载选取以及高频化的方法,使共振式WPT系统的传输特性得到优化。结合常规的非接触变压器以及电路的参数设计方法,提出并设计了一种基于最大电压增益距离点的系统最大电压增益与输出功率设计方法。同时文章也给出了基于Ga N器件的Class-E变换器的效率评估,研究指出Ga N晶体管能够同时提供极低的Rds(on)和栅极电荷(Qg),给Class-E变换器带来明显更高的传输效率、更小的提及尺寸和更低的成本。接着,文中将单激励共振式WPT系统提升至多激励的共振式WPT供电区域,为构建全向供电区域提出一种绕组连接原则,通过改变激励线圈的绕组连接方式来改变无线供电区域内的磁场分布,受电终端通过改变其在区域内的自由度来提高能量耦合度与电能传输效率。对不同绕组连接方式下的磁场分布状况进行了分析与总结。最后,文章对共振式WPT技术的传输特性、优化途径、系统设计流程等进行归纳、总结,为进一步开展共振式WPT技术的研究和应用打下基础。
【关键词】：共振式WPT 传输距离与效率 品质因数
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-14
• 第一章 绪论14-31
• 1.1 引言14
• 1.2 非接触电能传输技术14-19
• 1.2.1 电磁辐射式WPT15
• 1.2.2 磁场耦合WPT15-17
• 1.2.3 无线电能传输标准17-19
• 1.3 共振式WPT技术的研究现状19-29
• 1.3.1 基本结构与工作原理19-21
• 1.3.2 关键与热门技术的发展研究21-28
• 1.3.3 产品开发与实际应用现状28-29
• 1.4 本文的研究意义及研究内容29-31
• 1.4.1 研究意义29-30
• 1.4.2 研究内容30-31
• 第二章 两线圈S/S共振式WPT系统的特性研究与分析31-50
• 2.1 引言31
• 2.2 系统工作原理31-34
• 2.3 电压增益的特性分析与论证34-39
• 2.3.1 负载特性34-35
• 2.3.2 距离特性35-36
• 2.3.3 内阻特性36-38
• 2.3.4 共振频率特性38-39
• 2.4 输出功率的特性分析与论证39-42
• 2.4.1 负载特性39-40
• 2.4.2 距离特性40-41
• 2.4.3 共振频率特性41-42
• 2.5 传输效率的特性分析与论证42-45
• 2.5.1 负载特性42-43
• 2.5.2 距离特性43-44
• 2.5.3 共振频率44-45
• 2.6 传输特性的实验验证与分析45-48
• 2.7 本章小结48-50
• 第三章 两线圈S/S共振式WPT系统优化方法50-59
• 3.1 引言50
• 3.2 能量传输效率的提高50-56
• 3.2.1 提高品质因数提高能量传输效率50-53
• 3.2.2 线圈结构优化提高耦合系数53-54
• 3.2.3 负载电阻的选取可优化传输特性54-56
• 3.3 传输距离的扩大56-58
• 3.4 本章小结58-59
• 第四章 共振式WPT系统的实验平台搭建与实验验证59-70
• 4.1 引言59
• 4.2 系统参数设计与验证59-61
• 4.2.1 非接触变压器设计59-60
• 4.2.2 非接触变压器自感与互感的验证60-61
• 4.3 基于最大电压增益距离点的设计方法研究61-64
• 4.4 Class-E变换器在共振式WPT系统中的应用64-69
• 4.4.1 Class E变换器的工作原理64
• 4.4.2 基于最优负载的参数设计方法64-66
• 4.4.3 Class E变换器的实验验证与分析66-67
• 4.4.4 基于GaN器件的Class E变换器的效率评估67-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第五章 共振式无线充电区域的设计与实现70-76
• 5.1 引言70
• 5.2 全向供电区域的磁场研究与设计70-73
• 5.2.1 等效磁极模型的提出与研究71-72
• 5.2.2 线圈绕组连接原则的提出与研究72-73
• 5.3 共振式无线充电区域的实验验证与分析73-74
• 5.4 应用前景展望74-75
• 5.4.1 家庭用电器的无线供电75
• 5.4.2 医用设备的无线供电75
• 5.5 本章小结75-76
• 第六章 结束语76-77
• 6.1 本文总结76
• 6.2 下一步工作76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文82

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 卢希敢;运算放大器电源电压抑制比、开环电压增益和共模抑制比的关系[J];仪器仪表学报;1980年04期

2 刘祖刚,曾梅香;关于并联负反馈的两个重要问题[J];高等函授学报(自然科学版);1996年01期

3 王广彬;仇正强;陈剑飞;;一种高增益Boost变换器的研究与分析[J];低压电器;2013年21期

4 李果;林书玉;;一种新型径向复合阶梯盘形压电变压器[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2014年01期

5 孟繁钢,刘刚;双向激磁的Buck电路[J];鞍山科技大学学报;2005年01期

6 吴浩;;收录机集成块的功能及参数[J];电气时代;1990年07期

7 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 邓元庆;石会;孙峥;丁伟;龚晶;;负反馈对放大电路电压增益的影响研究[A];中国电子教育学会高教分会2014年学术年会论文集[C];2014年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 四川南部县职业技术学校 敬树贤;在物理、电子专业课学习中的典型值应用6例[N];电子报;2008年

2 成都 郑国川;电子管的放大系数和电压增益[N];电子报;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 陈文仙;共振式无线电能传输系统的关键技术研究[D];南京航空航天大学;2015年

2 张士宇;宽输入Boost变换器研究[D];西南交通大学;2013年

，

本文编号：921714