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基于磁耦合谐振式无线供电装置的研制

作　者: 周甜
导　师: 万隆君
学　校: 集美大学
专　业: 轮机工程
关键词: 无线供电磁耦合谐振 MATLAB仿真高频逆变
分类号: TM724
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

磁耦合谐振式无线供电技术提供了一种新的能量传输途径，主要是利用磁耦合共振原理实现能量的无线传输。与传统的有线电能传输相比，避免了用电设备主要通过导线连接获取能量过程中产生导线裸露、磨损、电火花等不安全供电因素；与其他无线供电技术相比，具有传输效率高、功率大、传输距离远、无方向性等特点。最重要的是能为一些特殊场合带来更方便的供电，如水下检测、油田矿井、高山沙漠、化工等。因此，磁耦合谐振式无线供电技术具有良好的应用价值和研究意义。本论文通过对磁耦合谐振式无线供电技术的基本原理和传输机理的研究，构建了无线供电系统的总体框架和等效电路模型，揭示了无线供电系统的传输特点及内在规律。在磁耦合谐振式无线供电传输影响因素分析中，通过公式理论推导、MATLAB仿真研究了磁耦合谐振回路补偿结构方式、品质因数、谐振频率、谐振线圈及补偿电容与电能传输效率、输出功率、传输距离的关系，并提出了提高传输效率、输出功率及传输距离的有效途径：1、改善线圈参数，比如增加线圈半径、匝数、线径；2、根据实际的实验选择合理的谐振回路补偿结构方式；3、适当增加谐振频率、品质因数等。介绍了磁耦合谐振式无线供电系统装置各个环节的设计方法及步骤，该装置主要包括高频逆变部分、发射接收线圈及补偿电容部分、稳压及负载部分的设计，其中对半桥驱动电路和开关管的工作原理及选型作了详细的介绍，并通过实验验证了谐振线圈及补偿电容设计的合理性。最后通过三组实验得出：1、传输距离-发射功率-接收功率-传输效率之间的关系；2、发射端输入电压-发射功率-接收功率-传输效率之间的关系；3、驱动频率-发射功率-接收功率-传输效率之间的关系。验证了实验设计的合理性和理论研究的科学性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题的研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外无线供电技术发展概述  10-14
    1.2.1 电波辐射式无线供电技术  10-11
    1.2.2 感应耦合式无线供电技术  11-13
    1.2.3 磁耦合谐振式无线供电技术  13-14
  1.3 本课题研究的主要内容  14-15
  1.4 本章小结  15-16
第2章磁耦合谐振式无线供电基本原理分析及模型建立  16-21
  2.1 磁耦合谐振的基本理论  16-18
  2.2 谐振式无线供电系统组成  18-19
  2.3 谐振式无线供电电路模型  19
  2.4 谐振式无线供电工作原理  19-20
  2.5 本章小结  20-21
第3章磁耦合谐振式无线供电传输特性研究  21-38
  3.1 磁耦合谐振式无线供电影响因素分析  21-24
  3.2 磁耦合谐振回路的影响  24-27
    3.2.1 接收回路补偿电路  25-26
    3.2.2 发射回路补偿电路  26-27
  3.3 品质因数的影响  27-29
  3.4 磁耦合谐振电容及线圈的影响  29-34
  3.5 谐振频率对整个系统的影响  34-37
  3.6 本章小结  37-38
第4章磁耦合谐振式无线供电实验装置研究  38-50
  4.1 耦合谐振式无线供电传输系统总体构架  38
  4.2 发射回路的设计  38-46
    4.2.1 逆变电路设计  39-41
    4.2.2 半桥开关管及其驱动电路设计  41-44
    4.2.3 谐振电感、电容  44-46
  4.3 接收回路的设计  46-49
    4.3.1 谐振线圈设计  47-48
    4.3.2 稳压电路  48-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章实验结果与分析  50-57
  5.1 实验结果测量  50-53
    5.1.1 控制部分电路波形  50-52
    5.1.2 能量传输部分波形  52-53
  5.2 系统传输距离及效率分析  53-56
  5.3 本章小结  56-57
第6章总结与展望  57-58
  6.1 总结  57
  6.2 展望  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-61
在学期间发表的学术论文  61

基于磁耦合谐振式无线供电装置的研制

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