摘 要

近些年，随着电能需求量的不断增长，无线电能传输（Wireless Power Transmission，WPT)技术得到了迅猛发展，并成功应用与电动汽车充电，智能手机充电等科技领域。

本文介绍了磁耦合谐振式无线电能传输系统总体拓扑结构。并选择了串联谐振逆变器应用于WPT之中。通过对S/S（串联/串联）以及S/P（串联/并联）两种常见的WPT系统的比较分析以及补偿方式的确定，最终选取拥有传输功率大等优点的S/P式WPT系统为本文的研究对象。针对S/P式WPT系统的传输功率和传输效率问题，文中对S/P式WPT系统的传输模型展开了详细分析，将S/P式以及S/S式WPT系统传输性能做出对比，分析S/P式WPT系统的传输特性。根据电路理论推导系统的传输功率和最大效率的表达式，得到S/P是WPT系统的传输性能的优点。最后，基于前文的分析，利用仿真软件进行了仿真验证。仿真结果表明了S/P式传输系统的优越性。

关键词：无线电能传输；串并式；传输特性

Abstract

In recent years, with the growing demand for electricity, wireless power transmission (Wireless Power Transmission, WPT) technology has been rapid development and successful application of electric vehicle charging, charging smart phones and other technology areas.

This article describes the magnetically coupled resonant wireless power transmission system overall topology. And select the WPT series resonant inverter being applied. Through the S/S (tandem / tandem), and S/P (serial / parallel) and comparative analysis of two common ways of determining compensation WPT system, and ultimately select has the advantages of large transmission power of the S/ P type WPT system the object of study. For the transmission power and transmission efficiency S/P type WPT system, text transmission model S/P type WPT system commencement of a detailed analysis of the S/P-type and S/S type WPT system transmission performance to make a comparison and analysis transmission characteristics S/P type WPT system. According to the transmission power and maximum efficiency of the expression system derived circuit theory to give S/P is an advantage of the transmission performance of the WPT system. Finally, based on the foregoing analysis, the use of simulation software for the simulation. The simulation results show the superiority of the S/P-type transmission system.

Key Words：WPT; S/P; Transmission characteristics

目 录

第一章 绪论 1

1.1 无线输电技术简介 1

1.2课题的意义 2

1.3 WPT技术在国内外的发展情况和发展趋势 3

1.3.1 WPT技术在国内的发展情况 3

1.3.2 WPT技术在国外的发展情况 4

1.3.3 WPT技术的发展趋势 4

1.4本文主要研究内容 5

第二章 磁耦合谐振式无线电能传输系统总体设计 6

2.1磁耦合谐振式WPT系统的组成结构及设计指标 6

2.2磁耦合谐振式WPT系统功率逆变电路的选择 7

2.3 S/P式磁共振WPT系统与S/S式比较分析及补偿方式的确定 8

2.3.1负载电阻变化时S/S式和S/P式补偿最大效率比较 9

2.3.2最佳匹配负载下S/S式和S/P式补偿系统效率比较 10

2.4磁耦合谐振式WPT系统功率调节方式的选择 10

2.4.1整流部分功率调节方式 11

2.4.2逆变单元功率调节方式 12

2.4.3直流斩波功率调节方式 13

2.4.4功率调节方式确定 14

2.5本章小结 15

第三章 磁耦合谐振式无线电能传输系统工作原理 16

3.1串并式磁耦合谐振式WPT系统主电路拓扑结构 16

3.2磁耦合谐振式WPT系统等效电路建立 16

3.2.1串并式磁共振WPT系统的传输机理 16

3.2.2 WPT系统等效T型图的建立 19

3.2.3 WPT系统传输效率与输出功率表达式的计算 20

3.2.4输出功率和传输效率与频率的关系 21

3.2.5输出功率和传输效率与传输距离的关系 21

总 结 25

参考文献 26

致 谢 28

第一章 绪论

1.1 无线输电技术简介

科技的不断进步，使得人们跟电的股息越来越近，电已经成为生活中必不可少的一部分。传统的电能传输采用的都是电线或者电缆，然而这种繁多的电线分布，给人们的生活带来了诸多不便。因而，研究者们开始思考能不能将电能进行无线传输，从而减少电线传输带来的诸多困扰。一般的用电设备都是利用电线传输电能，但由于电线长期风吹日晒，受到的损害较大，若没有进行及时更换，则可能出现线路起火，给用电安全带来极大的隐患，大大减少了电器的使用寿命。更严重的是，对于保护措施相对较差的装置，可能会因为电气接触造成火灾，这严重威胁了人类的健康发展。

无线电能传输(Wirelss Power Transmission)又称为WPT，其主要思想就是不通过电线的传输，基于电磁之间的耦合作用或者微波等形式来实现电能的传输，从而满足用电设备的需求。到目前为止，无线电能传输被公认是安全系数最高，可靠性最好的电能传输方式^[1]。通过对无线电能传输方式的特点进行分析，可以将其分为以下三类：