磁耦合谐振式无线能量传输系统的仿真与实验验证

【摘要】随着工业的发展和科技的进步，人们对电能的无线传输有了更多的需求。电能无线传输技术即用电设备以非接触的方式从电网上得到电能，与传统的有线供电方式相比，具有更安全与更便捷的特点。磁耦合谐振式无线能量传输是近年来新型的电能输电技术，与电磁波传输方式相比，具有可以穿越障碍物的优点；与电磁感应式传输方式相比，有传输距离更远的优势。首先，本文研究了磁耦合谐振式无线能量传输方式的基本原理，以及磁耦合谐振式无线能量传输所遵循的方程和准则。根据构建的磁耦合式无线能量传输的理论模型，本文阐述了磁耦合谐振系统各参数的物理意义，并计算了传输系统中线圈的重要参数，如电感、互感、谐振频率、品质因数。接下来，以发送线圈与接收线圈都是LC串联电路为例，分析了能量传输的最大效率。本文以电磁场基本理论为指导，建立圆柱形载流线圈的模型，用大型有限元ANSYS软件对载流线圈进行了仿真，分别分析了线圈直径、导线线径、线圈高度、线圈匝数等参数对线圈产生磁感应强度大小的影响，为下一步建立磁耦合谐振式无线能量传输系统实体做理论依据。为了增大载流线圈产生的磁感应强度，即向接收线圈传输更大的能量，本文又建立了在发送线圈与接收线圈之间加入高磁导率的铁芯模型，仿真分析了此模型对产生磁感应强度大小的影响；本文又改变了铁芯的尺寸，分别仿真计算了铁芯的高度、直径对产生磁感应强度的影响。在对线圈仿真的基础上，本文根据构建的磁耦合谐振式无线能量传输的理论模型建立了传输系统实体，分别设计了传输系统中的驱动电路、高频逆变电路、谐振电路，并对所制作的电路板进行调试。最后通过实验证明了所制作的能量传输系统的成功，以及验证了本文对磁耦合谐振式无线能量传输理论应用的正确性。
【作者】董婧婧；
【导师】朱东柏；
【作者基本信息】哈尔滨理工大学，高电压与绝缘技术，2012，硕士
【关键词】无线能量传输；耦合；电磁谐振；ANSYS仿真；

【参考文献】
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