基于磁耦合谐振的无线电能传输系统设计.pdf

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1、《电气自动化)2015年第37卷第6期电力系统及其自动化PowerSystem＆Automation基于磁耦合谐振的无线电能传输系统设计侯正文，肖岚(南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016)摘要：基于磁耦合谐振的无线电能传输技术在众多传输技术中具有传输距离适中和效率较好的优点。阐述了磁耦合谐振式无线电能传输原理并建立等效互感理论模型进行参数分析，进一步基于不对称半桥和Lc串联谐振电路拓扑分析了开关管占空比变化对输出功率的影响。设计了一种小功率无线电能传输系统，并通过仿真和实验，验证了理论分析和系统设计的正确性。关键词：磁耦合谐振；无线电能；互

2、感模型；占空比；不对称半桥DOI：10．3969／j．issn．1000—3886．2015．06．017[中图分类号]TM464[文献标志码]A[文章编号]1000—3886(2015)06—0053—03DesignOfaWirelessPowerTransmissionSystemBasedOnMagneticCouplingResonanceHOUZheng—wen，XIAOLan(CollegeofAutomation，J7、7ngUniversityofAeronauticsandAstronautics，№ngJiangsu210016，

3、China)Abstract：Amongmanytransmissiontechnologies，thewirelesspowertransmissiontechnologybasedonmagneticcouplingresonanceshastheadvantagesofmoderatetransmissiondistanceandgoodeficiency．Thispaperelaboratestheprincipleofwirelesspowertransmissionbasedonmagneticcouplingresonancesandes

4、tablishesanequivalentmutualinductancetheoreticalmodelwhichhelpstoanalyzeparameters．Furthermore，basedonasymmetrichalfbridgeandLCserialresonancecircuit，itanalyzestheinfluenceofthechangesindutyratiosoftheswitchingtube．Alow·powerwirelesspowertransmissionsystemisdesigned．Thesimulatio

5、nandexperimentalresultsofthesystemaregiventoverifythecorrectnessoftheoreticalanalysisandsystemdesign．Keywords：magneticcouplingresonances；wirelesspower；mutualinductancemodel；duty；asymmetrichalfbridge0引言1磁耦合谐振式无线电能传输原理及分析19世纪末，物理学家尼古拉·特斯拉提出了无线电能传输1．1磁耦合谐振工作原理及互感模型的概念，并在美国纽约长岛上的沃登克

6、里弗塔进行了无线电能传磁耦合谐振技术通过合理设计发生源，将电磁场的近区场作输实验，点亮了40．225km外的氖气照明灯，开启了无线电能传输研究的热潮¨J。无线电能传输脱离了传统的实物导电介质，实传输的介质。匝l嚣幢H麓商[蜀一直麓H目受荻I现了“隔空”传递电能，因而具有众多异于有线电能传输方法的基于磁耦合谐振无线梏输线孵优点，包括电池充电的便捷性，水底等严苛场合下用电的安全性．的无线电能传输图1磁耦合谐振无线电能传输装置原理图也解决了像体内医疗仪器的用电等一些传统场合下无法使用有技术的装置原理线传递电能的问题等J。目前无线电能传输技术共分为三类：=图如

7、图1所示，其中和c为输入侧发射回路的谐振电感和谐电磁感应式、电磁辐射式和磁耦合谐振式。其中，磁耦合谐振式振电容，。和C。为输出侧接收回路的谐振电感和谐振电容。当利用发射端和接收端具有相同的谐振网络和谐振频率产生磁场直流电源经高频逆变产生的交流电频率与发射线圈和谐振电容的强耦合作用实现电能的无线传输。该方法传输距离适中，效率谐振频率一致时，产生最大的交变磁场。同时，当输入侧串联电相较于电磁辐射式较高，应用前景较为广泛。2007年6月美国感和电容的谐振频率和输出侧串联电感和电容的谐振频率相同麻省理工学院的研究团队利用该原理成功点亮了2m外功率为时，耦合到输

8、出侧的磁场强度最强，传输到接收线圈上的电能60W的灯泡。也最大，经后级整流滤波电路后，输出直流