频率跟踪式谐振耦合电能无线传输系统研究

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长期以来,电能无线传输一直是人类的梦想。日常生活以及生产实践中,电能无线传输具有广阔的应用前景,其应用领域涉及日常家用电器,交通,医学等。然而,目前主要的非接触电能无线传输距离仍局限在1cm以内,无线电波收发型的传输功率则局限在100mW以内。谐振耦合式电能无线传输技术,它基于电磁共振原理,突破传统利用电磁感应耦合原理及无线电波原理的无线传输技术,实现供电设备和用电设备之间的中等距离能量传输。   首先,谐振耦合电能无线传输是一种新的电能传输概念和方法。本文基于空间隔离两线圈的互感耦合模型,从电路角度分析系统传输效率与线圈尺寸、距离等之间的关系,得到的传输效率表示式,进一步应用于系统最大传输效率的分析,以实现谐振耦合电能无线传输系统优化设计的目标。设计制作了一个10MHz谐振耦合电能无线传输装置,并设计多组不同参数的线圈进行比较实验,结果证明当空间隔离的两空心线圈达到谐振耦合时,两线圈之间传递能量最大,从而验证本文的理论研究。   其次,实验表明谐振耦合无线电能传输实际应用的瓶颈是谐振频率的失谐。本文基于LC谐振耦合电能无线传输机理和模型,分析了发射线圈与接收线圈的固有谐振频率变化对无线传输效率的影响和失谐机理,得出发射线圈电感变化是影响电能无线传输效率的主要因素之一。由此提出了发射功率源工作频率同步跟踪发射电路固有谐振频率的频率跟踪控制方法,从而保证了谐振耦合电能无线传输的谐振输电方式,避免了谐振频率的失谐,大幅度地提高了输电效率。文中还制作了一个谐振频率为1MHz的频率跟踪无线电能传输系统原理样机,验证了该方法的有效性。实验表明该装置能够很好的稳定运行,可以应用于便携设备无线供电,实现电能传输过程的安全、灵活及可靠性。   最后,总结了本次课题主要工作内容,并针对该课题在仿真和实验中存在的问题,提出了进一步研究的设想。
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