【摘 要】
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电能已经成为人类社会不可或缺的清洁能源,无线电能传输技术在勘探作业、植入式医疗器械、电动汽车等领域有着广阔的应用前景。本文以磁耦合谐振式无线电能传输（Magnetically-Coupled Resonant Wireless Power Transfer,MCR-WPT）技术为研究对象,对影响无线电能传输系统的因素和无线输电技术面临的难题进行分析,最终设计和搭建一套完整的无线电能传输系统。本文利
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电能已经成为人类社会不可或缺的清洁能源,无线电能传输技术在勘探作业、植入式医疗器械、电动汽车等领域有着广阔的应用前景。本文以磁耦合谐振式无线电能传输（Magnetically-Coupled Resonant Wireless Power Transfer,MCR-WPT）技术为研究对象,对影响无线电能传输系统的因素和无线输电技术面临的难题进行分析,最终设计和搭建一套完整的无线电能传输系统。本文利用电路原理和MATLAB/Simulink联合仿真对MCR-WPT系统四种经典的谐振补偿电路结构进行对比分析,确定了本文采用串-串谐振补偿电路。以输入阻抗为切入点,结合理论推导和PSpice电路仿真分析了MCR-WPT系统产生频率分裂现象的原因并提出了抑制频率分裂的方法。分析了影响MCR-WPT系统输出功率和传输效率的因素,利用粒子群算法对系统的传输效率进行了优化。利用Maxwell对线圈趋肤效应和不同线圈构型对MCR-WPT系统产生的影响进行了分析,确定了线圈结构。利用Cadence电路软件对逆变驱动信号发生模块、逆变驱动信号放大模块、全桥逆变电路、整流滤波电路等电路模块的原理图和印刷电路板进行了分析和设计,通过实验测试验证了各模块功能。利用STM32F103RCT6微控制器和PID算法实现对MCR-WPT系统的频率跟踪控制,使系统保持工作在谐振状态。利用多种传感器实时监测系统的工作状态。本文设计了相应的上位机软件,通过蓝牙串口通信实现了上位机对MCR-WPT系统的远程监测和控制。最终设计并搭建了一套完整的无线电能传输系统,并利用该系统对系统效率优化的可行性和实现频率跟踪控制的下位机程序的有效性进行了实验验证,证明了本文理论分析的正确性和无线电能传输系统设计方案的可行性。
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