串联谐振式无线电能传输系统特性分析及仿真研究

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谐振式无线电能传输是发射端在一定的空间距离上,将电能以电磁谐振的方式传递到接收端。这种电能传输方式具有远传输距离和高传输效率的优点,并且其传输特性对方向不敏感且无辐射,可以应用于多种电能需求场合。因此,该方式具有重要的研究价值和良好的发展前景。  论文对谐振式无线能量传输技术进行了详细研究,概述了谐振式能量传输的发展现状、存在的问题以及发展前景,分析了谐振式无线电能传输系统的结构、模型以及工作原理,其中针对耦合模模型和电路模型做了应用对比研究。  根据谐振式无线电能传输系统等效电路模型,从等效阻抗的角度系统分析了影响传输特性的因素,同时设计了一套四线圈的串联谐振式无线电能传输系统,给出了其电路模型和关键参数的设计方法,根据电路模型,从电流的角度推导出了效率和功率表达式,避免了因假设初级线圈电流不变给分析带来的误差,并从传输距离和负载两个因素分析了各自对传输特性的影响,在分析频率对传输特性的影响时,另外设计了两套系统,通过三个系统的比较,得出了在系统允许的频率范围内,谐振频率越高,传输特性越好的结论。同时论文利用MATLAB工具对所设计模型做了具体的数值仿真,得到了系统传输特性图,其中对部分参数提出了优化方法,提高了系统传输特性。  在对所研究模型传输特性分析的基础上,设计了一套小功率传输的系统,详细给出了系统各组成模块的电路,讨论了单E类逆变器和双E类逆变器对整个传输性能的影响,以及辅助谐振电容值变化对初次级谐振电路产生的影响,同时对系统中主要器件的参数给出了详细的设计方法,最后通过PSPICE电路仿真得到了传输特性图,通过数据分析验证了系统的可行性,可以为无线电能传输系统的设计提供借鉴。
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