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多负载磁耦合谐振式无线电能传输特性分析与仿真

发布时间:2019-06-03 04:29 来源:未知 编辑:admin

  :针对磁耦合谐振式无线电能传输中多负载的情况,在传统的四线圈单负载磁谐振耦合式无线电能传输系统结构上,研究了多负载情况下的负载传输特性。运用电路模型分析出传输系统线圈耦合系数和负载对输出电压、传输效率的影响。最后通过有限元软件建立3D模型对系统进行联合仿真,仿真结果验证了理论的正确性,结果证明了在多负载情况下,负载合理的选择对系统的输出电压、传输效率有很大的影响,且总有一个最佳负载使系统的传输效率最大。

  作者陈海燕 李延强 石浩磊 李亮 李彩莲 河北工业大学电气工程学院(天津 300130)

  摘要:针对磁耦合谐振无线电能传输多负载的情况,在传统的四线圈单负载磁谐振耦合式无线电能传输系统结构上,研究了多负载情况下的负载传输特性。运用电路模型分析出传输系统线圈耦合系数和负载对输出电压、传输效率的影响。最后通过有限元软件建立3D模型对系统进行联合仿真,仿真结果验证了理论的正确性,结果证明了在多负载情况下,负载合理的选择对系统的输出电压、传输效率有很大的影响,且总有一个最佳负载使系统的传输效率最大。

  传统的电能传输都是通过导线传输配送的,存在着诸如摩擦、电火花等一些问题,而无线电能传输具有洁净、安全性高、可靠性强、便于安装与维护等优点。无线电能传输技术根据其电能传输原理大致上可以分为三类:感应耦合无线电能传输、微波无线电能传输和磁谐振耦合无线]。磁谐振耦合无线电能传输理论基于“耦合模理论”[4],由高频电源输出的交流电通过谐振线圈产生高频的交变磁场,当交变磁场遇到相同谐振频率的谐振线圈时,它们之间发生谐振,使得电能从发射谐振线圈传到接收谐振线圈,从而为负载供电,具有传输距离远的特点。

  磁耦合谐振无线电能传输系统研究多在单个负载的情况下,然而现实情况下,单个负载已经不能满足现实需求,对多负载的研就越发重要。文献[5]研究了两线圈系统的多负载接收情况,并没有涉及到增加中继谐振线圈系统的多负载情况。文献[6]分析了对负载电路系统的传输效率和补偿电容的选取方法,可以改善系统传输效率低的问题。文献[7]对多负载的情况进行了研究,但对负载线圈互感之间的影响并没有进行讨论。文献[8]对两个负载接收的情况进行了研究,但并没有讨论在负载变动的情况下对系统传输性能的影响。本文主要在传统的单发单收四线圈模型基础上,运用传统电路模型研究了单发双收系统的传输特性,分析出了负载的效率、输出电压比、耦合系数和负载的关系。最后设计出一组谐振线D maxwell仿真软件对其互感、内阻、自感进行了计算,然后应用Simplorer软件进行阻抗匹配并进行了联合仿线 电路模型

  、R2、R3、R4、R5为线为线为线为源线圈和发射谐振线为发射、接收谐振线为接收谐振线圈和负载线为负载线圈之间的互感。一般电源线圈和负载线圈多采用单匝线圈,负载回路和电源线圈相距较远,在计算分析的过程中可以忽略电源线圈、谐振发射线圈与负载之间的互感,以及发射线圈和负载之间的互感。图1为无线传输电路拓扑结构。系统各回路阻抗为:(1)根据基尔霍夫定律可得互感方程如式(2):其中,2传输特性分析当系统每个线圈达到谐振状态时,各回路应满足串联谐振,即,此时,各回路呈阻性负载。为了方便分析系统输出电压的关系,系统两个负载大小相同M34

  根据仿真得出的线V的情况下,匹配线圈阻抗,使各个线圈完全补偿,并在Simplorer里搭建联合仿真模型,耦合模型电路如图5所示。

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