无线电能传输技术是指在一段距离内依靠空间内的能量载体代替导线将电能由电源端传递至负载端的技术,它给环境恶劣时的供电提供更强的安全性,也使日常用电变得更加便捷。其中,磁耦合谐振式无线电能传输技术虽然起步较晚,但因其可以实现中等距离下的高效电力传输,且对生物体影响较小,具有广阔的研究和应用前景。本文以串并式磁耦合谐振无线电能传输系统作为研究对象,结合理论分析、仿真和实验研究系统特性,针对系统的频率分裂和失谐现象提出相关优化方法并验证其有效性,主要内容与改进点如下:(1)建立串并式系统的互感等效电路模型,计算系统两端的补偿电容表达式并分析系统失谐的原因,推导系统输出功率与效率的表达式,归纳得出串并式系统与负载无关的恒压输出特性。推导系统出现频率分裂与频率分叉现象的条件,总结出现工作模式转换的根本原因是线圈当前耦合状态下的负载不匹配。(2)通过理论分析利用MATLAB仿真研究频率特性,得到正常工作模式下系统对注入能量的频率具有选择性、系统输出功率与效率都在自谐振频率点取得最大值且输出功率对频率变化相对效率更加敏感的结论,接着分析各参数对系统频率选择性的影响和频率分裂与频率分叉的特点及联系,最后研究与系统能效相关的参数对谐振点输出功率与效率的影响及系统功率传输中的参数敏感性问题,由于参数偏移常导致系统失谐进而降低输出功率,总结系统优化的方向是抑制频率分裂、输入电压频率可调和谐振频率的自动跟踪。(3)根据性能指标完成谐振网络设计后,针对系统线圈当前耦合状态下的临界负载,提出一种在接收端引入L型阻抗调节网络以抑制频率分裂的方法,接着引入DSP完成对系统输入电压频率的控制,包括实现外接键盘对输入电压频率的调节和实现以电压换向点时发射端的电流采样平均值作为反馈信号的频率跟踪策略,实现系统优化。(4)基于实验平台研究串并式系统的频率特性及功率传输特性,证明理论推导及仿真的正确性和相应优化策略的有效性,将串串式系统与串并式系统对比得出串并式系统谐振频率易受参数影响但输出特性更优的结论,最后将中继线圈引入系统,证明中继线圈在串并式系统仍能实现电能的接力传输。