發(fā)布時間：2017-10-13 17:16

  本文關鍵詞：強磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)中最佳阻抗匹配方法研究

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【摘要】：強磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)利用兩個具有相同固有頻率、高品質(zhì)因數(shù)的自諧振線圈,在其都處于諧振狀態(tài)下時彼此之間發(fā)生強烈的能量交換,從而實現(xiàn)能量的高效率傳輸。該技術具有較遠的傳輸距離、較高的傳輸效率和功率、無輻射性、非金屬穿透性和無方向性等優(yōu)勢,因此具有良好的應用前景。本文首先運用耦合模理論和電路理論分別對強磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)進行了理論分析,從數(shù)學上解釋了“諧振”和“強磁耦合”的概念。其次基于系統(tǒng)最優(yōu)效率下的阻抗特性分析,得出了系統(tǒng)最優(yōu)效率時負載阻抗的最佳匹配條件。傳統(tǒng)的無線電能傳輸系統(tǒng)通過負載阻抗的最佳匹配條件使能量傳輸?shù)男蔬_到最大值,然而實際中負載的阻抗并非恰好是系統(tǒng)的最佳阻抗。為了提高整個系統(tǒng)的電能傳輸效率,本文提出了一種改進型的負載阻抗匹配拓撲,在次級線圈后增加一個匹配饋電線圈形成新的阻抗變換結構,使負載阻抗達到最佳匹配條件。匹配饋電線圈通過對本身固有參數(shù)的調(diào)節(jié)來匹配不同的負載,讓負載達到最佳匹配條件以實現(xiàn)系統(tǒng)傳輸效率的最大化。強磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)在變負載運行狀態(tài)時會引起嚴重的阻抗失配問題,這是導致系統(tǒng)效率低下和頻率不穩(wěn)定的主要原因�；诖�,本文還提出了PWM整流負載阻抗匹配方法,在匹配饋電線圈結構后加入了PWM整流器,通過控制PWM整流器中的開關MOS管的占空比實現(xiàn)負載電阻的等效變換來進行阻抗匹配,并推導出了相關的計算公式。文中搭建了強磁耦合諧振無線電能傳輸實驗平臺,驗證了匹配饋電線圈負載阻抗匹配方法和PWM整流負載阻抗匹配方法的可行性,并且對系統(tǒng)進行了定量的研究實驗。實驗結果表明,通過所提出方法對不同負載進行匹配實驗,均可使系統(tǒng)傳輸效率接近理論最優(yōu)值,實測數(shù)據(jù)與推導公式計算的理論值基本吻合。
【關鍵詞】：最佳阻抗匹配 匹配饋電線圈 諧振 強磁耦合 最優(yōu)效率
【學位授予單位】：長沙理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM724
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 選題背景及意義10-11
• 1.2 無線電能傳輸技術的分類11-15
• 1.2.1 感應耦合式無線電能傳輸技術12-13
• 1.2.2 遠場微波式無線電能傳輸技術13
• 1.2.3 電場耦合式無線電能傳輸技術13-14
• 1.2.4 強磁耦合諧振無線電能傳輸技術14-15
• 1.3 強磁耦合諧振技術國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀15-16
• 1.4 強磁耦合諧振無線電能傳輸?shù)闹饕獑栴}16-17
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容17-19
• 第二章 磁耦合諧振無線電能傳輸理論19-29
• 2.1 耦合模理論分析19-23
• 2.1.1 耦合模理論基本原理19-20
• 2.1.2 無線電能傳輸?shù)目尚行苑治?/span>20-21
• 2.1.3 耦合模理論下的系統(tǒng)傳輸效率分析21-23
• 2.2 耦合模理論下的電路參數(shù)分析23
• 2.3 電路理論分析23-28
• 2.3.1 系統(tǒng)傳輸特性分析25-27
• 2.3.2 電路理論下的系統(tǒng)傳輸效率分析27-28
• 2.4 本章小結28-29
• 第三章 最優(yōu)效率下的負載阻抗匹配方法研究29-40
• 3.1 系統(tǒng)阻抗基本特性分析29-34
• 3.1.1 尺寸參數(shù)特性分析30-31
• 3.1.2 阻抗匹配特性分析31-32
• 3.1.3 最佳負載阻抗匹配分析32-34
• 3.2 匹配饋電線圈阻抗匹配方法34-36
• 3.2.1 匹配饋電線圈的概念34-35
• 3.2.2 改進型3線圈系統(tǒng)模型35-36
• 3.3 PWM整流負載阻抗匹配方法36-38
• 3.4 本章小結38-40
• 第四章 強磁耦合諧振無線電能傳輸實驗平臺設計40-50
• 4.1 總體方案設計40-41
• 4.2 高頻逆變電路的設計41-44
• 4.2.1 電路工作原理及工作過程分析42
• 4.2.2 功率MOS管的選擇42-43
• 4.2.3 電路參數(shù)的設計及論證43-44
• 4.3 高頻諧振器的設計44-47
• 4.3.1 諧振線圈的特性分析45-46
• 4.3.2 諧振電容的選擇46
• 4.3.3 匹配饋電線圈的設計46-47
• 4.3.4 諧振器參數(shù)設計47
• 4.4 PWM整流器的設計47-49
• 4.5 本章小結49-50
• 第五章 實驗結果與數(shù)據(jù)分析50-58
• 5.1 匹配饋電線圈負載阻抗匹配方法驗證實驗研究50-51
• 5.2 PWM整流負載阻抗匹配方法實驗研究51-53
• 5.3 最優(yōu)效率下負載阻抗匹配法實驗研究53-55
• 5.4 本章小結55-58
• 總結與展望58-60
• 參考文獻60-64
• 致謝64-65
• 附錄A :攻讀碩士學位期間科研成果65

【參考文獻】

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本文編號：1026107