發(fā)布時(shí)間：2020-11-21 21:54

　　 諧振式無線電能傳輸技術(shù)適合于各個(gè)功率等級(jí)的負(fù)載設(shè)備進(jìn)行無線供電,該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在具有較遠(yuǎn)的傳輸距離,較大的傳輸功率,以及非輻射性。在實(shí)際的應(yīng)用和研究過程中,負(fù)載參數(shù)的變化可能會(huì)引起系統(tǒng)傳輸特性的改變,使得系統(tǒng)脫離最佳工作狀態(tài);傳輸線圈的多項(xiàng)參數(shù)未綜合優(yōu)化設(shè)計(jì),導(dǎo)致品質(zhì)因數(shù)較低等等。針對(duì)該技術(shù)存在的問題,本文以效率優(yōu)化為目的,以負(fù)載特性為切入點(diǎn),研究負(fù)載與系統(tǒng)傳輸特性之間的關(guān)系。對(duì)傳輸線圈進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),給出了最大效率負(fù)載點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法,為使得系統(tǒng)能在接入不同負(fù)載時(shí)系統(tǒng)傳輸性能保持在最佳狀態(tài),可通過添加適當(dāng)?shù)淖杩棺儞Q網(wǎng)絡(luò)改變等效負(fù)載大小,提高系統(tǒng)負(fù)載適應(yīng)性。論文分析了磁耦合無線電能傳輸?shù)脑?以及系統(tǒng)主要組成、關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)輸入為串聯(lián)諧振的兩種補(bǔ)償拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析,確定了串聯(lián)-串聯(lián)補(bǔ)償方案。利用電路理論,分析了三種負(fù)載接入對(duì)系統(tǒng)傳輸效率的影響,對(duì)影響系統(tǒng)最高效率負(fù)載點(diǎn)因素進(jìn)行了詳細(xì)的分析,針對(duì)因接入負(fù)載偏移最高效率負(fù)載點(diǎn)造成傳輸效率下降,得出了可以通過提高互感,諧振頻率和降低線圈內(nèi)阻,從本質(zhì)上提高系統(tǒng)負(fù)載適應(yīng)能力及傳輸效率的結(jié)論,并給出了使用L型阻抗變換網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)最高效率負(fù)載匹配策略的設(shè)計(jì)方法。而線圈耦合部分的設(shè)計(jì)決定互感及線圈內(nèi)阻,在實(shí)際應(yīng)用以及輸出功率均符合的情況下,使用Maxwell有限元仿真軟件對(duì)比仿真分析了三種線圈形狀的特性,并選取了組合型線圈形狀,對(duì)其長寬比,線圈匝數(shù),匝間距等參數(shù)以提高系統(tǒng)傳輸效率及負(fù)載適應(yīng)性為目的進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過逆變電路,整流電路,耦合機(jī)制,buck電路的設(shè)計(jì),搭建了一套傳輸距離15mm,輸出功率800W,傳輸效率81%的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)的組合型線圈有效的提高了系統(tǒng)的傳輸效率,驗(yàn)證了最高效率負(fù)載點(diǎn)的存在以及最高效率負(fù)載匹配設(shè)計(jì)的有效性、負(fù)載阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的正確性。
【學(xué)位單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM724
【文章目錄】：
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 課題研究的背景與意義
    1.3 無線電能傳輸系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.4 研究技術(shù)及現(xiàn)存問題總結(jié)
        1.4.1 效率優(yōu)化方法總結(jié)
        1.4.2 線圈設(shè)計(jì)與優(yōu)化
        1.4.3 阻抗匹配研究
    1.5 論文主要研究的內(nèi)容
    1.6 本文結(jié)構(gòu)安排
2 磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)組成與關(guān)鍵技術(shù)
    2.1 磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)組成
    2.2 關(guān)鍵技術(shù)與影響系統(tǒng)傳輸效率因素分析
        2.2.1 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究分析
        2.2.2 影響系統(tǒng)傳輸效率的因素分析
    2.3 諧振補(bǔ)償拓?fù)鋵?duì)比分析
    2.4 負(fù)載變動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響仿真分析
    2.5 本章小結(jié)
3 系統(tǒng)負(fù)載特性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)
    3.1 不同類型負(fù)載對(duì)系統(tǒng)傳輸效率影響分析
        3.1.1 阻性負(fù)載數(shù)學(xué)分析
        3.1.2 阻感性負(fù)載數(shù)學(xué)分析
        3.1.3 阻容性負(fù)載數(shù)學(xué)分析
    3.2 不同系統(tǒng)參數(shù)下負(fù)載對(duì)系統(tǒng)傳輸效率影響分析
        3.2.1 最高效率負(fù)載點(diǎn)與諧振頻率的關(guān)系分析
        3.2.2 最高效率負(fù)載點(diǎn)與線圈內(nèi)阻的關(guān)系分析
        3.2.3 最高效率負(fù)載點(diǎn)與互感的關(guān)系分析
    3.3 系統(tǒng)負(fù)載匹配策略研究
        3.3.1 最大功率的負(fù)載匹配策略
        3.3.2 最高效率的負(fù)載匹配策略
        3.3.3 最大功率負(fù)載點(diǎn)與最大效率負(fù)載點(diǎn)的關(guān)系
    3.4 負(fù)載阻抗變換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
        3.4.1 四線圈阻抗變換過程分析
        3.4.2 Buck-BoostDC-DC變換器阻抗變換過程分析
        3.4.3 L型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)分析與設(shè)計(jì)
        3.4.4 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真及分析
    3.5 本章小結(jié)
4 系統(tǒng)耦合線圈優(yōu)化設(shè)計(jì)
    4.1 耦合線圈的約束條件
    4.2 系統(tǒng)耦合模型分析
        4.2.1 線圈能量傳輸分析
        4.2.2 線圈傳輸效率分析
    4.3 不同耦合線圈結(jié)構(gòu)對(duì)比分析
        4.3.1 圓形平面螺旋線圈
        4.3.2 矩形平面螺旋線圈
    4.4 電磁耦合結(jié)構(gòu)的仿真分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)
        4.4.1 三種線圈水平位移仿真對(duì)比分析
        4.4.2 三種線圈垂直間距變化仿真對(duì)比分析
    4.5 組合型耦合線圈仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)
        4.5.1 線圈長寬比優(yōu)化選取
        4.5.2 線圈匝數(shù)優(yōu)化選取
        4.5.3 線圈松緊度優(yōu)化選取
    4.6 本章小結(jié)
5 系統(tǒng)樣機(jī)研制及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    5.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案
    5.2 發(fā)射端部分的搭建
        5.2.1 大功率直流電壓源
        5.2.2 高頻逆變電路設(shè)計(jì)
        5.2.3 控制部分設(shè)計(jì)
    5.3 磁耦合部分設(shè)計(jì)
        5.3.1 諧振電容選擇
        5.3.2 諧振線圈導(dǎo)線選擇
        5.3.3 諧振線圈繞制
    5.4 接收端部分搭建
        5.4.1 整流電路設(shè)計(jì)
        5.4.2 BUCK穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)
        5.4.3 可編程直流負(fù)載
    5.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
        5.5.1 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與線圈優(yōu)化后實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)比
        5.5.2 不同負(fù)載接入實(shí)驗(yàn)及分析
        5.5.3 線圈偏移實(shí)驗(yàn)及分析
        5.5.4 系統(tǒng)工作頻率偏移實(shí)驗(yàn)及分析
    5.6 本章小結(jié)
6 結(jié)論
    6.1 結(jié)論
    6.2 后續(xù)工作展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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