【摘 要】
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无线电能传输技术是一种新型的电能传输技术,相比于传统导线传输方式具有安全性、经济型和便捷性的特点,在很多场合得到了应用。为了提高无线电能传输系统的传输功率,需要在负载端匹配上一定阻抗,使得传输效率达到最大。然而,传统拓扑加阻抗匹配网络的无线电能传输系统输出功率较低,不能满足传输较大功率的要求。针对该问题,本文提出了性能较好的LCC-S拓扑与阻抗匹配网络相结合的无线电能传输方式,建立了电路模型,在此
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无线电能传输技术是一种新型的电能传输技术,相比于传统导线传输方式具有安全性、经济型和便捷性的特点,在很多场合得到了应用。为了提高无线电能传输系统的传输功率,需要在负载端匹配上一定阻抗,使得传输效率达到最大。然而,传统拓扑加阻抗匹配网络的无线电能传输系统输出功率较低,不能满足传输较大功率的要求。针对该问题,本文提出了性能较好的LCC-S拓扑与阻抗匹配网络相结合的无线电能传输方式,建立了电路模型,在此基础上研究了其传输特性。本文的主要内容如下:首先运用MALAB软件分别对SS、SP拓扑和LCC-S拓扑进行仿真,通过对比可以发现:相比于前两种拓扑,LCC-S拓扑有多个频率分点,受频率波动的影响相对较小,性能较好;频率达到最佳频率时,LCC-S拓扑比SS和SP拓扑的效率高。基于此,本文将传统拓扑结构的系统替换为新型LCC-S型拓扑,在这个拓扑结构的基础上进行无线电能传输系统的阻抗匹配设计。其次对阻抗匹配的原理进行了研究,分析了传输线、信号源端和负载端的阻抗匹配,在此基础上选择了在负载端加LC阻抗变换网络的阻抗匹配方法。最后,将LCC-S型拓扑与LC阻抗变换网络相结合,运用PSIM仿真比较了LCC-S加阻抗匹配结构时和未加阻抗匹配结构时的电压电流大小,发现加阻抗匹配结构后的负载端电压电流幅值较大,说明加阻抗匹配后的网络对外输出功率较高。同时又运用PSIM仿真将LCC-S加阻抗匹配结构和S-S加阻抗匹配结构相比较,比较发现在特定频率55k Hz、85k Hz、110k Hz下LCC-S加可变电阻结构较前者的电压电流大,对外输出功率较高。最后通过PSIM仿真验证了LCC-S结构的恒压输出特性以及LCC-S加阻抗匹配结构的输出功率和效率分别受负载电阻阻值、耦合系数和频率的影响。发现系统仅在负载改变时能输出恒定的功率和效率以及能在特定的耦合系数和频率下对外输出较高的功率。
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