磁耦合谐振式无线输电系统的阻抗匹配研究.pdf

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1、第49卷第10期电力电子技术Vo1．49，No．102015年10月PowerElectronicsOctober2015磁耦合谐振式无线输电系统的阻抗匹配研究邱利莎，黄守道，李中启(湖南大学，国家电能变换与控制工程技术研究中心，湖南长沙410082)摘要：针对磁耦合谐振式无线输电(wet)系统在中距离传输时，传输效率随着传输距离增加而显著下降的问题．首先建立了关于磁耦合谐振式w系统的二端口网络模型，然后将反L型阻抗匹配网络嵌入系统中，根据最大传输功率理论．定量分析了阻抗匹配电路的调节电容，通过调节匹配电容的值，使系统在中距离传输时的效率得到明显提

2、高。最后开发了相应的实验装置，验证了理论分析的正确性。关键词：无线电能传输：磁谐振：二端口网络中图分类号：TM72文献标识码：A文章编号：1000—100X(2015)10-0086-03ResearchonImpedanceMatchingofWirelessPowerTransferSystemViaCoupledMagneticResonancesQIULi—sha，HUANGShou-dao，LIZhong-qi(HunanUnivers，Changsha410082，China)Abstract：Inordertosolvetheprob

3、lemofapparentlydecreasedtransmissioneficiencyatmediumtransmissionduetotheincreaseoftransmissiondistanceforwirelesspowertransmission(WFrr)systemviamagneticresonancecoupling．Atwo-portnetworkmodelisestablishedandtheconverseL—typematchingnetworkisembeddedinthesystem．Accordingtothe

4、theoryofmaximumtransmissionpower，quantitativeanalysisofadjustingcapacitorsofimpedancematchingcircuitisperformed．Thesystemeficiencyisimprovedsignificantlybyadjustingthevaluesofmatchingcapacitorsatmediumtransmission．Finally，acorrespondingexperimentaldeviceisdevelopedandthetheory

5、isimprovedbytheexperiments．Keywords：wirelesspowertransfer；magneticresonances；two-portnetwork；FoundationProject：SupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(No．61104088)；HunanProvincialIn—novationFoundationforPostgraduate(No．CX2014BI29)1引言在磁耦合谐振式W系统中．系统效率随传输距离的增加显著下降，故须采取

6、措施维持系统WPTt·1主要有感应耦合式、电磁波辐射式和磁在中距离传输时较高的效率。文献[5—8]提出一些耦合谐振式等3种实现方式[21。感应耦合式传输功方法来优化系统效率，但均有不足。这里用二端口率大，但传输距离过短；电磁波辐射式传输距离网络模型来分析磁耦合谐振式W系统，针对系远，但对线圈的设计要求高，且能量为定向传输，统效率随传输距离增加而下降的问题。在电源和效率不高；磁耦合谐振式在中等距离传输时。仍具发射线圈之间嵌入阻抗匹配电路并定量分析了阻有较高的功率和较大的效率．且电能的传输不受抗匹配电路的调节电容，减小了系统的发射波。显空间非磁性障碍物

7、的影响。这些优点使得磁耦合著提高了系统的传输效率。谐振式W得到广泛应用。现有的研究常用耦合模理论或电路理论来分2磁耦合谐振系统二端口网络模型分析析磁耦合谐振式W系统【。采用耦合模理论分2．1磁耦合谐振系统工作原理析系统可避免复杂的物理模型．但很难精确地测磁耦合谐振式W系统由高频电源、发射线量耦合模参数。电路模型虽易建立。但系统效率的圈、接收线圈及负载组成。高频电源由高频振荡电表达式相对复杂，不利于对系统进行优化分析。路和高频功率放大电路组成，发射线圈和接收线圈具有与电源频率相同的谐振频率。高频电源激基金项目：国家自然科学基金(61104088)：湖

8、南省研究生励发射线圈产生高频磁场，通过近场耦合，发射线科研创新项目(CX2014B129)圈和接收线圈以相同的谐振频率振荡