电能无线传输

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电能无线传输：是一种基于电磁感应理 论、现代电力电子能量变换技术及控制理论 的新型电能传输模式，具体表现为可以实现 供电线路和用电电器设备之间的非物理连接 而进行能量传输，即“无线供电”。

本次毕业设计内容是采用感应耦合式的 方式设计一套电能无线传输的装置，并实现 短距离电能的无线传输。

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1 感应耦合式电能无线传输的原理 2 电路设计与器件选择 3 实验装置的制作与传输特性测试

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感应耦合式电能无线传输(Inductively Coupled Wireless Power Transmission) 技术，主要是利用电磁感应原理。该技术是 将两个线圈放置于邻近位置上，当电流在一 个线圈中流动时，所产生的磁通量成为媒介 ，导致另一个线圈中也产生电动势。其中一 种为含有铁芯的分离变压器式，另一种为无 铁芯的空心线圈纯感应式。

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感应耦合式无接触电能传输系统主要由 三大部分组成,即能量发送端、无接触变压 器和能量接收端。如下图所示：

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能量发送端：由交流电源，一次整流 滤波电路和高频逆变电路组成。 能量接收端：由二次整流滤波电路和 负载组成。

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优点：可以达到较大的功率以及非接 触式带来的优势。 缺点：能量传输距离都很近，被限制 在毫米等级。

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整流电路分为很多种，各具特色。为了 克服单相半波整流电路的缺点，在实用电 路中多采用单相不可控全波整流电路。

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谐振型逆变器主要有两种形式：电压源 型串联谐振逆变器和电流源型并联谐振逆 变器。下面对串联谐振逆变器和并联谐振 逆变器的工作特点进行比较，确定适合于 电能无线传输系统的逆变器类型。 (1) 并联逆变器的短路保护比较容易。 (2) 并联逆变器工作时，开关管承受反 压较大。

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(3) 串联逆变器对槽路布线要求较低。 (4) 串联逆变器工作较可靠，不会停振 或发生逆变颠覆。 综合两者的优点，电压型串联谐振逆变 器更适合电能无线传输装置。

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电流型并联谐振逆变电路

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松耦合变压器作为电能无线传输系统的 一个关键设备，在原理上与常规变压器有 相似之处。

常规变压器电磁关系图

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EI形铁芯松耦合变压结构图

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松耦合变压器铁心选择条件： (1) 可能高的磁感应强度； (2) 尽可能高的导磁率； (3) 要求磁损耗小； (4) 磁特性随温度变化要小； (5) 高的饱和磁通密度或高的原振幅 磁导率。 为了满足如上的要求，我们选用了适 合高频的超微晶软磁材料作为松耦合变压 器的铁芯。

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变压器一、二次侧电压方程为：

变压器初级绕组匝数方程：

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上式中有： fs—开关工作频率 Bw—工作磁通密度 Ae—磁芯有效面积 Kf—波形系数，有效值与平均值之比。 次级绕

组匝数公式：

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MOSFET的驱动芯片的选取原则是驱动电 流较大，工作频率要高。 综合考虑，选择了芯片IR2110。IRF840 也是IR公司生产的N沟道增强型场效应晶体 管，从以上两个器件的参数来看，本装置 的工作频率被限制在3MHz以下。

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根据理论分析和实际测量，电路中的电 阻和电容参数如下表：参数 理论值 器件C1(μF) C2(μF) 0.1 1.1 0.096 1.07

实际值

R1(KΩ)R2(KΩ) R3(Ω)

228.5 30

21.518.39 28.15

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经测量保持高频电源频率为500kHz, 调节输入电压，当到达30 V时电能无线传 输系统的输入功率为31.97W,输出功率为 22.08W,因此传输效率约为70%。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5voi.html