磁耦合諧振式無線電能傳輸系統
發布時間:2020/10/31 21:20:51 訪問次數:1552
技術利用線圈之間近磁場的磁諧振耦合來傳輸電能,搭建的系統為磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(MCR-WPT),可以在中短距離傳輸上達到很高的效率,具有可穿透非磁性障礙物、電磁輻射小等優點,主要用在電動汽車、消費類電子產品以及人體植入式醫療器械的充電應用中。
傳輸結構作為制約電能傳輸的最直接機制,一直是值得人們研究的熱點;特別是當傳輸網絡中線圈個數比單發射-單接收無線電能傳輸系統要多得多時,傳輸網絡中的發射端、中繼和接收端的傳輸結構個數隨線圈個數增加而增加,此時傳輸結構越顯得重要。
對于不同傳輸結構,從系統的動態負載工作模式角度分析輸出電壓與負載電阻之間的關系以及系統穩頻穩壓特性,得出采用SP、PS傳輸結構的系統比采用SS、PP傳輸結構的系統具有更好的輸出電壓特性;對4種傳統傳輸結構的系統總阻抗、發射接收回路電流和功率與相應的額定參數進行比較分析.
兩個線圈各項參數一樣,都是由線徑1.5 mm的漆包銅線緊密繞制而成的圓形線圈,線圈直徑16 cm,電感值約為43.7 μH,工作頻率約為180 kHz;兩線圈同軸放置。實驗中RL=20 Ω,VS=5 V。本文研究在保證電路以最大功率傳輸的情況下不同傳輸結構與傳輸功率和傳輸效率的關系。首先進行SS與SP傳輸結構實驗驗證,設SS與SP的傳輸功率比為PSS/PSP,PP與PS的傳輸功率比為PPP/PPS。為測試方便,各傳輸結構中,收發線圈保持等距及同軸。
4種發射接收系統模型進行傳輸功率和效率的理論分析和研究,同時提出一種綜合評價系統性能的方法,對不同模型的傳輸功率和效率的變化進行對比分析。通過數值仿真和實驗結果表明,SS型更適合于磁諧振耦合式無線電能傳輸系統,且SS和SP的抗干擾性能比PP和PS更好。
由功率與電壓的關系P=U2/(2R)可得,兩負載電壓比關系滿足:
負載電壓波形比較,USS/USP>1,UPS/UPP>1,說明在各負載電壓大小比較上得出SS的傳輸功率比SP的傳輸功率要大,PS的傳輸功率比PP的傳輸功率要大。本文對兩線圈的耦合狀態及噪聲未作更具體的研究,PS波形發生畸變主要是電源高頻噪聲造成,但最終實驗結果基本不受影響,這也說明了SS和SP的抗干擾性能比PP和PS要好。
經過進一步的實驗與計算得出,在系統的一系列不同工作頻率時,各系統綜合性能評價分數的實驗測量結果值與理論值的對比,實驗數據與數值分析結果基本上能很好地吻合,這樣的實驗結果完全可以對理論分析進行驗證。當系統工作在諧振頻率180 kHz點時,系統可以實現最大功率傳輸;不同傳輸結構對應的系統綜合性能排序如下:DSS>DPS>DSP>DPP。
(素材來源:chinaaet和ttic.如涉版權請聯系刪除。特別感謝)
技術利用線圈之間近磁場的磁諧振耦合來傳輸電能,搭建的系統為磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(MCR-WPT),可以在中短距離傳輸上達到很高的效率,具有可穿透非磁性障礙物、電磁輻射小等優點,主要用在電動汽車、消費類電子產品以及人體植入式醫療器械的充電應用中。
傳輸結構作為制約電能傳輸的最直接機制,一直是值得人們研究的熱點;特別是當傳輸網絡中線圈個數比單發射-單接收無線電能傳輸系統要多得多時,傳輸網絡中的發射端、中繼和接收端的傳輸結構個數隨線圈個數增加而增加,此時傳輸結構越顯得重要。
對于不同傳輸結構,從系統的動態負載工作模式角度分析輸出電壓與負載電阻之間的關系以及系統穩頻穩壓特性,得出采用SP、PS傳輸結構的系統比采用SS、PP傳輸結構的系統具有更好的輸出電壓特性;對4種傳統傳輸結構的系統總阻抗、發射接收回路電流和功率與相應的額定參數進行比較分析.
兩個線圈各項參數一樣,都是由線徑1.5 mm的漆包銅線緊密繞制而成的圓形線圈,線圈直徑16 cm,電感值約為43.7 μH,工作頻率約為180 kHz;兩線圈同軸放置。實驗中RL=20 Ω,VS=5 V。本文研究在保證電路以最大功率傳輸的情況下不同傳輸結構與傳輸功率和傳輸效率的關系。首先進行SS與SP傳輸結構實驗驗證,設SS與SP的傳輸功率比為PSS/PSP,PP與PS的傳輸功率比為PPP/PPS。為測試方便,各傳輸結構中,收發線圈保持等距及同軸。
4種發射接收系統模型進行傳輸功率和效率的理論分析和研究,同時提出一種綜合評價系統性能的方法,對不同模型的傳輸功率和效率的變化進行對比分析。通過數值仿真和實驗結果表明,SS型更適合于磁諧振耦合式無線電能傳輸系統,且SS和SP的抗干擾性能比PP和PS更好。
由功率與電壓的關系P=U2/(2R)可得,兩負載電壓比關系滿足:
負載電壓波形比較,USS/USP>1,UPS/UPP>1,說明在各負載電壓大小比較上得出SS的傳輸功率比SP的傳輸功率要大,PS的傳輸功率比PP的傳輸功率要大。本文對兩線圈的耦合狀態及噪聲未作更具體的研究,PS波形發生畸變主要是電源高頻噪聲造成,但最終實驗結果基本不受影響,這也說明了SS和SP的抗干擾性能比PP和PS要好。
經過進一步的實驗與計算得出,在系統的一系列不同工作頻率時,各系統綜合性能評價分數的實驗測量結果值與理論值的對比,實驗數據與數值分析結果基本上能很好地吻合,這樣的實驗結果完全可以對理論分析進行驗證。當系統工作在諧振頻率180 kHz點時,系統可以實現最大功率傳輸;不同傳輸結構對應的系統綜合性能排序如下:DSS>DPS>DSP>DPP。
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