强磁耦合谐振无线电能传输系统中最佳阻抗匹配方法研究

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1、学校代号10536学号12105030498分类号TM72密级公开硕士学位论文强磁耦合谐振无线电能传输系统中最佳阻抗匹配方法研究学位申请人姓名李富林所在学院电气与信息工程学院指导教师樊绍胜教授学科专业控制理论与控制工程研究方向电力电子与运动控制论文提交日期2015年4月学校代号：10536学号：12105030498密级：公开长沙理工大学硕士学位论文强磁耦合谐振无线电能传输系统中最佳阻抗匹配方法研究学位申请人姓名李富林指导教师樊绍胜教授所在学院电气与信息工程学院专业名称控制理论与控制工程专业论文提交日期2015年4月论文答辩日期2015年5月答辩委

2、员会主席李树涛教授ResearchonimpedancematchingmethodundertheoptimalefficiencyofwirelesspowertransferviaStronglyCoupledMagneticResonancesbyLiFulinB.E.(ChangshaUniversityofScience&Technology)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScienceinControlTh

3、eoryandControlEngineeringinChangshaUniversityofScience&TechnologySupervisorProfessorFanShaoshengMay2015长沙理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。。。作者签名；曰期；２

4、年月＾曰（５＾＾学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可■将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。本学位论文属于１、保密□，在年解密后适用本授权书。２、不保密囚＂＂（请在Ｗ上相应方框内打Ｖ）

5、作者签名：日期：办奸口日ｉｒ月？＞导师签名：期；２ｖ月摘要强磁耦合谐振无线电能传输系统利用两个具有相同固有频率、高品质因数的自谐振线圈，在其都处于谐振状态下时彼此之间发生强烈的能量交换，从而实现能量的高效率传输。该技术具有较远的传输距离、较高的传输效率和功率、无辐射性、非金属穿透性和无方向性等优势，因此具有良好的应用前景。本文首先运用耦合模理论和电路理论分别对强磁耦合谐振无线电能传输系统进行了理论分析，从数学上解释了“谐振”和“强磁耦合”的概念。其次基于系统最优效率下的阻抗特性分析，得出了系统最优效率时负载阻抗的最佳匹配条件。传统的无线电能

6、传输系统通过负载阻抗的最佳匹配条件使能量传输的效率达到最大值，然而实际中负载的阻抗并非恰好是系统的最佳阻抗。为了提高整个系统的电能传输效率，本文提出了一种改进型的负载阻抗匹配拓扑，在次级线圈后增加一个匹配馈电线圈形成新的阻抗变换结构，使负载阻抗达到最佳匹配条件。匹配馈电线圈通过对本身固有参数的调节来匹配不同的负载，让负载达到最佳匹配条件以实现系统传输效率的最大化。强磁耦合谐振无线电能传输系统在变负载运行状态时会引起严重的阻抗失配问题，这是导致系统效率低下和频率不稳定的主要原因。基于此，本文还提出了PWM整流负载阻抗匹配方法，在匹配馈电线圈结构后加入

7、了PWM整流器，通过控制PWM整流器中的开关MOS管的占空比实现负载电阻的等效变换来进行阻抗匹配，并推导出了相关的计算公式。文中搭建了强磁耦合谐振无线电能传输实验平台，验证了匹配馈电线圈负载阻抗匹配方法和PWM整流负载阻抗匹配方法的可行性，并且对系统进行了定量的研究实验。实验结果表明，通过所提出方法对不同负载进行匹配实验，均可使系统传输效率接近理论最优值，实测数据与推导公式计算的理论值基本吻合。关键字：最佳阻抗匹配；匹配馈电线圈；谐振；强磁耦合；最优效率IABSTRACTStronglycoupledmagneticresonancewireles

8、spowertransfersystemusingtwoidenticalself-resonantcoilswithth