磁耦合諧振式高溫超導(dǎo)無(wú)線傳能仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著無(wú)線電能傳輸技術(shù)新理論的提出和電力電子器件性能不斷地提高，無(wú)線電能傳輸技術(shù)由于其較遠(yuǎn)距離的傳輸特征重新獲得了許多研究團(tuán)隊(duì)的關(guān)注。同時(shí)其可以替代導(dǎo)線連接充電和受電弓滑動(dòng)接觸供電方式，避免直接接觸產(chǎn)生的導(dǎo)線磨損、積碳和接觸火花等問(wèn)題，提高了供電的安全和可靠性。利用線圈間諧振的方式能夠高效的傳輸能量和超導(dǎo)線圈的低損耗等特點(diǎn)，本文進(jìn)行了關(guān)于系統(tǒng)的頻率特性、負(fù)載特性、傳輸特性的研究及不同結(jié)構(gòu)對(duì)于系統(tǒng)電氣性能的影響的分析。
　　首先，本文

2、介紹了無(wú)線電能傳輸?shù)娜N類(lèi)型及其基本工作原理，說(shuō)明了超導(dǎo)材料在諧振式無(wú)線傳能中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，推導(dǎo)了四種常見(jiàn)電路結(jié)構(gòu)的接收端和發(fā)射端補(bǔ)償電容值，得到了只有SS式電路結(jié)構(gòu)其補(bǔ)償電容值不受負(fù)載電阻值、互感系數(shù)及線圈參數(shù)的影響的結(jié)論。并介紹了耦合模理論及其分析方法，對(duì)比了SS式結(jié)構(gòu)分別基于電路分析和耦合模理論得到的傳輸效率，驗(yàn)證了該理論分析方法的可行性。針對(duì)本文所研究的陣列式無(wú)線傳能系統(tǒng)，基于電路分析原理推導(dǎo)了系統(tǒng)傳輸效率的表達(dá)公式，分析了影響系

3、統(tǒng)傳輸效率的參數(shù)關(guān)系，公式表明合適的負(fù)載電阻值和接收線圈位置能夠提高系統(tǒng)的傳輸效率。
　　其次，考慮到超導(dǎo)材料電導(dǎo)率的非線性，由E-J經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)出其電阻率與電壓的表達(dá)公式，并采用四引線法實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到超導(dǎo)材料的重要參數(shù)——臨界電流密度，然后將公式的離散點(diǎn)數(shù)據(jù)寫(xiě)入材料庫(kù)來(lái)定義超導(dǎo)線圈的特殊性質(zhì)。在以矢量磁位A構(gòu)建電磁場(chǎng)方程的有限元仿真軟件中，優(yōu)化了線圈模型，建立了三維的仿真模型，研究了靜態(tài)下負(fù)載電阻、工作頻率和發(fā)射線圈之間間距等參數(shù)

4、分別與系統(tǒng)輸出功率和傳輸效率的影響關(guān)系，仿真結(jié)果表明:合適的負(fù)載電阻值可使傳輸效率達(dá)到最大值;同時(shí)合理的發(fā)射線圈間距的結(jié)構(gòu)對(duì)于負(fù)載功率的穩(wěn)定性有一定的幫助。之后，在此仿真模型基礎(chǔ)上通過(guò)動(dòng)態(tài)仿真研究了引入速度變量對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)充電產(chǎn)生的影響，結(jié)果表明發(fā)射線圈緊密排列反而促進(jìn)負(fù)載功率的穩(wěn)定。
　　最后，在上述理論研究和仿真分析的基礎(chǔ)上，搭建了陣列式高溫超導(dǎo)無(wú)線電能傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了相關(guān)的無(wú)線電能傳輸實(shí)驗(yàn)測(cè)試，完成了在不同電路參數(shù)（電源