磁耦合谐振无线电能传输系统的能效特性分析

摘要

无线电能传输是一种通过电磁场实现电能传输的技术。目前，无线电能传输技术主要有3种：电磁感应耦合无线电能传输技术、磁耦合谐振无线电能传输技术和微波无线电能传输技术。其中，磁耦合谐振无线电能传输技术因为其在传输距离、传输穿透性和安全性等方面的优点，成为了近几年研究的重点。　　本文基于 LC C-S 型谐振电路，对磁耦合无线电能传输技术展开研究，主要研究工作有：　　（1）介绍了磁耦合谐振无线电能传输系统的主要组成部分，并详细阐述了磁耦合谐振无线电能传输技术所用到的磁耦合理论、磁谐振理论和互感耦合电路模型。基于互感耦合电路模型，建立了系统的等效电路。　　（2）基于等效电路模型，从理论上分析了串串（SS）、串并（SP）、并串（P S）、并并（P P）四种结构的LC谐振电路，以及LCC-S型谐振电路的优缺点，并研究了各种谐振电路拓扑中，系统工作频率、传输距离、负载品质因数等参数对电路传输特性的影响，得出了LCC-S型谐振电路具有较大传输容量和恒流输出特性的结论。同时，在MATLAB/SIMULINK上对LCC-S谐振电路进行建模仿真，从仿真角度验证了LCC-S型谐振电路的电路特性。　　（3）通过对各部分电路拓扑的选取和关键器件的选型，完成磁耦合谐振无线电能传输装置的硬件设计。基于所设计的磁耦合谐振无线电能传输装置，分别在空载、半载、75%额定负载和满载四种工作状态下对装置进行实验。实验结果表明，所设计的LCC-S 谐振型磁耦合谐振无线电能传输系统能实现较高效率的电能传输，并具有恒流输出特性。

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