磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)功效同步研究.pdf

1、近年來，耦合諧振傳輸技術(shù)因其效率高、對(duì)環(huán)境和人體安全危害小，以及中等傳遞距離等優(yōu)點(diǎn)而得到了快速的發(fā)展，并存在著廣闊的應(yīng)用前景。雖有眾多學(xué)者對(duì)無線能量傳輸技術(shù)作了相關(guān)研究，取得了一系列不錯(cuò)的成果，但整個(gè)系統(tǒng)最基本、最關(guān)鍵的問題卻沒能解決，甚至很少被業(yè)界所提及，那就是關(guān)系到系統(tǒng)工作性能的功效同步問題。
　　本文致力于研究磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)在輸出最大功率的同時(shí)系統(tǒng)傳輸效率亦最大，即功效同步，實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸系統(tǒng)的最佳傳輸，包括

2、磁耦合傳輸子系統(tǒng)及其高頻供電電源系統(tǒng)的整體輸出功率和效率同步達(dá)到最大值。為解決該問題，首先利用集中參數(shù)的電路互感理論對(duì)兩線圈結(jié)構(gòu)中的串串型（Series Series，SS）拓?fù)湎到y(tǒng)進(jìn)行了建模分析，創(chuàng)新性地定義了功效同步因數(shù)，總結(jié)了功效同步實(shí)現(xiàn)的理論條件。在功效同步因數(shù)ξ=1與ξ≠1兩類不同情況下，采用MathCAD仿真軟件分析了功率與效率關(guān)于負(fù)載的變化關(guān)系，有效證明了系統(tǒng)功率與效率同步的可能性。此外，分析推導(dǎo)出該理論同樣適合于非純阻性

3、負(fù)載。
　　SS系統(tǒng)研究結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)系統(tǒng)雖能實(shí)現(xiàn)傳輸效率與傳輸功率的協(xié)同工作，但該系統(tǒng)功效同步負(fù)載及有效負(fù)載都較小，難以適應(yīng)較大負(fù)載。為擴(kuò)大系統(tǒng)功效同步負(fù)載及有效負(fù)載，接著以兩線圈中的串并型（Series Parallel，SP）拓?fù)湎到y(tǒng)為研究對(duì)象，建模分析中發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)參數(shù)滿足ωC2RL=1時(shí)，可極大簡(jiǎn)化分析過程。與SS系統(tǒng)相比，其功效同步負(fù)載及有效負(fù)載均有所提高，但傳輸效率與傳輸功率卻降低了。
　　考慮到插入中繼線圈可

4、有效提升系統(tǒng)效率的特點(diǎn)，于是對(duì)單中繼線圈系統(tǒng)進(jìn)行功效同步分析，研究結(jié)果表明該系統(tǒng)亦可實(shí)現(xiàn)功效同步，并且系統(tǒng)效率和功率都有一度程度的提高，與SS和SP系統(tǒng)相比，此結(jié)構(gòu)系統(tǒng)更適合較大阻值的負(fù)載。通過對(duì)系統(tǒng)最佳頻率影響因素的研究分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了該理論的正確性。
　　為使系統(tǒng)獲得更高的傳輸效率和功率，對(duì)比研究了多種功率放大器，本文最終選用經(jīng)典E類功放并制成系統(tǒng)功率源。最后，通過搭建無線電能傳輸實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)SS結(jié)構(gòu)及單中繼線圈系統(tǒng)功效同步