隨著科學技術的日益發(fā)展,近年來有關無線電能傳輸技術的研究受到了國內外學者的廣泛關注。相較于傳統(tǒng)的電力傳輸系統(tǒng),無線電能傳輸系統(tǒng)具有安全可靠性強及使用靈活便捷度高的技術優(yōu)勢,同時也適用于一些特殊使用場景。隨著電子信息技術的快速發(fā)展,移動電子通訊設備及可穿戴設備的廣泛應用,新能源汽車和軌道交通的不斷普及,無線電能傳輸技術擁有廣闊的應用前景。相較于其他類別的無線電能傳輸技術,磁共振式無線電能傳輸技術具有傳輸效率較高且傳輸距離較遠的特性,使得其成為目前無線電能傳輸技術中最為熱門的研究方向。本文面向三種不同傳輸距離的共振式無線電能傳輸技術進行研究,重點關注系統(tǒng)效率的提升,在介紹了基本概念及相關理論的基礎上,主要內容為對傳輸線圈回路,前端功率放大器及自適應阻抗匹配電路進行分析設計,具體工作如下:(1)采用平面微帶線圈結構與電容匹配網(wǎng)絡共同組成諧振線圈回路,并將其等效成二端口網(wǎng)絡,采用S_(21)參數(shù)對傳輸效率進行有效的評估。利用CST軟件對尺寸為20cm*20cm的線圈回路進行建模仿真,在諧振頻點為6.78MHz的條件下,分別得到8cm,10cm,12cm三種傳輸距離下使得S_(21)參數(shù)值最佳時的匹配電容值,并搭建線圈回路進行實驗測試,以1V為參考基準,得到8cm,10cm及12cm下傳輸線圈回路兩端口間S_(21)峰值分別為937mV,923mV及885mV。(2)在介紹前端功率放大器的基本分類及對比的基礎上,選用E類功率放大器作為磁共振式無線電能傳輸系統(tǒng)的高頻電源并進行相關分析。根據(jù)經(jīng)典計算公式得到E類功放電路的相關參數(shù),利用ADS軟件進行仿真設計,通過進一步電路調試優(yōu)化得到工作頻率6.78MHz下功率附加效率為81.2%,并且級聯(lián)E類功放,傳輸線圈及整流模塊進行三種距離下系統(tǒng)的搭建與效率測試,得到8cm,10cm及12cm系統(tǒng)效率分別為61.3%,57.1%及50.8%。(3)結合本文傳輸線圈回路的特性進行三種傳輸距離下自適應阻抗匹配電路方案的設計及驗證。提出相關自適應阻抗匹配電路方案,并介紹含有匹配電容陣列的線圈回路設計。通過對比自適應電路的模塊選型方案,對所選用的單元電路模塊功能進行介紹。利用Proteus軟件進行自適應阻抗匹配電路的仿真驗證,并搭建相關電路進行測試,實現(xiàn)了在距離變動時電容陣列電路準確切換的功能,驗證理論分析的正確性。
【學位單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TM724
【部分圖文】：

通過二端口網(wǎng)絡理論中的 S 參數(shù)、T 參數(shù)及 Z參數(shù)能夠對系統(tǒng)各端口的增益特性和損耗特性進行測量，二端口網(wǎng)絡示意圖如圖 2.1 所示。圖2.1 二端口網(wǎng)絡示意圖其特征矩陣如表 2.1 所示。表2.1 二端口網(wǎng)絡理論特征矩陣Z 矩陣 T 矩陣 S 矩陣1 11 12 12 21 22 2V IV -IZ ZZ Z 1 21 2V a bVI c d-I 1 11 12 12 21 22 2b S S ab S S a 其中在射頻段使用最多的為 S 參數(shù)，利用矢量網(wǎng)絡分析儀進行網(wǎng)絡損耗的測試，其中11S 表示端口 1 的反射系數(shù)，21S 表示端口 1 到端口 2 的正向傳輸系數(shù)[17]。當GZ與LZ 值和特征阻抗相等時，傳輸效率 只與傳輸參數(shù)21S 有關。采用二端口網(wǎng)絡理論作為分析方法，模型結構較為簡單，有助于進行磁共振式無線電能傳輸系統(tǒng)的阻抗匹配技術的研究，有效地簡化了系統(tǒng)的優(yōu)化設計。2.1.3 電路互感理論根據(jù)互感理論和基爾霍夫定理建立有關 MCR-WPT 系統(tǒng)的電路模型，并進行簡化分析，對系統(tǒng)的發(fā)射、接收兩線圈SL 和DL 進行等效分析

（a） （b）圖2.6 L 型匹配網(wǎng)絡的基本拓撲結構 型匹配網(wǎng)絡電路雖然具有結構清晰簡潔、器件成本度低和可靠性較好的優(yōu)存在著頻率響應特性較差的問題。設 L 型匹配網(wǎng)絡的諧振頻率為0f ，BW 為 3dB 帶寬，則可得 L 型匹配網(wǎng)質因數(shù) Q 與帶寬 BW 的關系為：0fBWQ (常，L型匹配網(wǎng)絡工作在 Q 值較大，工作頻率范圍較窄的情況下。為了改阻與輸出端電阻在阻值相近的條件下，L 型匹配網(wǎng)絡的 Q 值會變得較低將多個 L型匹配網(wǎng)絡進行串聯(lián)，來形成 T 型和 π 型匹配網(wǎng)絡。 型匹配網(wǎng)絡電路的四種基本拓撲結構如圖 2.7 所示。LC2L

[29]。圖2.9 史密斯圓圖圖2.10 阻抗點移動示意圖史密斯圓圖阻抗點移動示意圖如圖2.10 所示，在使用時通常需要掌握以下幾點：（1）復數(shù)阻抗串聯(lián)附加的電抗元件，將使得該復數(shù)阻抗在史密斯圓圖上的相應阻抗點沿等電阻圓移動。（2）復數(shù)阻抗并聯(lián)附加的電抗元件，將使得該復數(shù)阻抗在史密斯圓圖上的相應導納點沿等電導圓移動[30]。（3）關于史密斯圓圖中參量點的移動方向，如果連接的是電感，則參量點向史密斯圓圖的上半圓移動；如果連接的是電容，則參量點向史密斯圓圖的下半圓移動。此外，通過使用工具軟件 Smith V3.1 觀察阻抗在史密斯圓圖上的變換過程，能夠較為直觀地感受到每個電路元件在對實現(xiàn)特定匹配狀態(tài)時所起的作用。通過使用工具軟件 Smith V3.1

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本文編號：2816881