52110字硕士毕业论文家用电器大功率无线电能量传输技术探讨

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：52110字

论点：传输,线圈,耦合

论文概述：

本文是无线电论文，主要论述了通过电路耦合理论对磁共振式无线电能传输系统进行了原理分析，针对实际应用选择了适合的电路拓扑结构，通过仿真验证了模型的准确性.

论文正文：

第一章螺纹理论

1.1课题背景和研究意义
近年来，一些电器制造商出现了一些相关产品。例如，海尔公司展示了一款“无尾电视”，它通过无线方式将电能和信号同时传输到显示屏上，已经引起了世界各国的广泛关注，参考文献(省略)。磁共振式无线电力传输技术由麻省理工学院于2006年提出，并给出了相关的理论基础和实验验证[4]。随后，这项技术开始被世界各国广泛研究和应用。这项技术主要基于磁共振原理，通过在空之间变化的磁场传输能量。与微波传输技术相比，磁共振式无线能量传输技术相对安全，因为它采用近场耦合，通过磁场传输能量，频率范围在几千赫兹到几兆赫之间，磁场对人类和生物的影响非常小[5]。与电感耦合传输相比，虽然磁共振技术的传输功率较小，但实现几千瓦功率的传输没有问题，对于一般家用电器来说就足够了。

1.2无线电力传输技术发展现状
麻省理工学院(麻省理工学院)在这一领域一直处于领先地位。在[8号文件中，麻省理工学院提议在两个线圈的基础上增加一个相同频率的继电器线圈。发射线圈和接收线圈的位置相互垂直，没有磁耦合。相反，电能的传输是通过与继电器线圈交换磁场能量来实现的。两个线圈以相同的频率旋转，如图1-1所示。当继电器线圈转速改变时，最大传输效率可达61.2%。在另一篇文献[9]中，麻省理工学院研究了多负载系统，并指出该系统在多负载下的传输效率高于单负载下的传输效率。
……

第二章磁共振无线输电技术原理分析

2.1简介
迄今为止，无线输电技术仍处于探索阶段。现有的对无线电力传输原理的分析主要包括耦合模式理论、磁场有限元分析和电路耦合理论[51]。耦合模理论从振荡的形式分析线圈之间的能量转换关系。磁场的有限元分析以经典电磁场理论为基础，用场的概念来描述。电路耦合理论基于电路理论中的互感耦合模型。本文通过电路谐振和互感等基本电路耦合理论对系统进行了分析。

2.2无线输电系统
的基本结构不同于紧密耦合下的传统变压器。耦合系数一般低于0.3，这与相对位置的变化有很大关系。为了获得更大的传输功率和更高的传输效率，耦合线圈增加了谐振电容器，并且两个LC回路的自然谐振频率基本相同。当输入激励频率与回路的固有频率相同时，将发生谐振，线圈中将产生交变电场和磁场，电能将通过耦合线圈的作用传输。
电能的整个转换过程并不复杂。变化的电流将在发射线圈周围激发交变磁场。电能将通过两个线圈之间的耦合传输到接收线圈。相同频率的交流电将在接收线圈上被激励，然后通过整流电路被转换成直流电，以向负载提供电能供消耗。在本研究中，输入端由DC稳压电源代替市电供电。由于负载仅针对家用电器中的加热结构，所以它仅以交流电的形式输出，并且不使用整流桥。

第三章无线输电系统设计...................26
3.1导言..............................26
3.2设计要求...................26
第四章系统实验分析与研究...................38
4.1导言................................38
4.2选择............................38
结论............................50

第4章系统的实验分析与研究

4.1简介
第2章和第3章分别介绍了系统的传动原理分析和系统的整个设计过程。本章将在搭建的实验平台上进行实验分析和研究。根据负载特性、水平运动等不同环境下的传输特性，主要分析了系统在满足传输功率要求的前提下的传输效率，同时通过理论结合实验对系统进行了适当的调整，使系统最终实现稳定工作和高效传输。

4.2系统工作频带的选择
根据设计要求，系统工作频率应仅满足？200千赫很好。在实际应用中，过高的频率会给周围环境带来电磁干扰，并可能给人体带来不可估量的危害，因此应尽可能降低系统的工作频率。然而，当传输线圈之间的耦合度较小时，只有通过较高的工作频率，传输距离和传输效率才能相差很远，因此过低的工作频率难以实现实际应用。本节通过实验选择合适的工作频带，仅针对700瓦功率传输进行分析。实验过程中，系统参数如下:线圈输入的方波交流电幅度约为308伏，发射器线圈(带磁芯)的自感值为326.8μH，电阻为0.4，接收器线圈(不带磁芯)的自感值为90μH，电阻为0.1。负载是一个大功率铝壳电阻器，单个电阻器的最大功率为500瓦，电阻为10？通过串并联，实验电阻为70？如图4-1所示。
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结论

本文旨在研究一种家用电器无线输电系统。该系统的尺寸、工作频率和传输特性受到实际应用的限制。本文在理论与实验相结合的基础上，设计开发了合理的实验样机，并进行了相关的实验分析和研究。本文的主要研究内容和成果总结如下:1 .通过电路耦合理论，对磁共振无线输电系统进行了原理分析，选择了适合实际应用的电路拓扑结构，并通过仿真验证了模型的准确性。2.选择带磁芯的发射线圈和不带磁芯的接收线圈的结构以及合适的工作频率范围，使系统达到更高的传输效率。3.实验分析了水平和垂直位移线圈的传输特性。在已建立的平台上，接收线圈具有更灵活的自由度。当垂直距离为5 ~ 8厘米时，系统的传输效率较高。主要研究水平位移的传递特性。对于700瓦负载，在大多数水平范围内，效率高于80%。4.对700瓦至300瓦的不同功率负载进行了实验研究，并结合理论分析了不同负载下的效率特性。当垂直距离为6厘米时，系统可以保证不同负载在整个水平范围内的额定功率。在大多数水平范围内，传输效率如下:700瓦和600瓦时为80%，500瓦和400瓦时为75%，300瓦时为70%..5.实验验证了系统在大功率传输过程中的稳定性。结果表明，该系统能够长时间稳定运行。为了真正实现无线输电技术在家用电器中的应用，本文还有许多地方需要进一步研究和改进:1 .需要可靠地保证系统的电磁兼容性和抗干扰能力。需要解决几十千赫的交流电场和磁场对周围环境的影响，系统在外部干扰下能否可靠工作需要进一步研究。2.传输效率仍需提高。系统的传输效率必须接近有线传输时的效率，才能具有真正的使用价值，否则难以应用。
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