电磁耦合谐振无线输电技术研究

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近些年,由于传统导线输电愈来愈不能满足众多特殊场合的要求,使得无线输电技术得益于此而快速发展。无线输电技术使得输电与供电方式发生革命性变化,既避免了有线输电过程中的导线对电能的影响,又可以省去电子产品对于电池的依赖,大大提高用电设备获取电能的灵活性,不但更安全方便,而且更美观环保。无线电力传输的技术拥有诸多优点以及广阔的应用前景,受到各国科研人员的青睐。磁耦合谐振无线电力传输技术传输效率高,线圈位置影响小等优点,适用于中等距离的无线电能传输。国内外研究团体对磁耦合谐振无线输电技术的研究主要集中在如何提高系统的传输功率与传输效率方面,该无线输电技术得到了快速发展,然而该技术并未成熟,高能,高效,稳定地传输电能依然需要投入更多的研究。功率与效率两大传输特性与系统的参数、线圈的相对位置、传输介质等都有着密不可分的关系。本文首先对常见的三种无线输电技术进行了简单的介绍,总结了三种无线输电技术的优缺点,并详细介绍了磁耦合谐振无线输电技术的国内外发展现状;对s-s型电磁耦合谐振无线输电拓扑电路分别建立了耦合模理论模型与电路理论模型,深入了解对磁耦合谐振无线输电技术理论与工作机理;接着对影响系统传输特性的各因素进行研究,通过模型分析与MATLAB.PSpice仿真分析研究了线圈固有频率、互感系数与耦合系数、传输距离、负载、线圈参数对系统传输特性的影响,并详细研究了频率分裂现象及产生的原因。得出最佳功率固有频率fPout max、最佳功率互感系数MPout max、最佳功率负载RPout max、最佳效率负载Rηmax、最佳功率距离dPout max等参数,提供了系统优化设计的依据,并为不同的需求的电磁谐振耦合无线输电系统优化设计提出了相应的方案。对系统硬件设计做了详细的介绍,并利用硬件电路设计制作了实验装置;通过一系列实验与实验数据分析,对影响磁耦合谐振无线输电技术的传输特性的因素进行分析验证。
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