磁耦合諧振式高溫超導無線傳能仿真與實驗研究.pdf

1、隨著無線電能傳輸技術新理論的提出和電力電子器件性能不斷地提高，無線電能傳輸技術由于其較遠距離的傳輸特征重新獲得了許多研究團隊的關注。同時其可以替代導線連接充電和受電弓滑動接觸供電方式，避免直接接觸產生的導線磨損、積碳和接觸火花等問題，提高了供電的安全和可靠性。利用線圈間諧振的方式能夠高效的傳輸能量和超導線圈的低損耗等特點，本文進行了關于系統(tǒng)的頻率特性、負載特性、傳輸特性的研究及不同結構對于系統(tǒng)電氣性能的影響的分析。
　　首先，本文

2、介紹了無線電能傳輸的三種類型及其基本工作原理，說明了超導材料在諧振式無線傳能中的應用優(yōu)勢，推導了四種常見電路結構的接收端和發(fā)射端補償電容值，得到了只有SS式電路結構其補償電容值不受負載電阻值、互感系數及線圈參數的影響的結論。并介紹了耦合模理論及其分析方法，對比了SS式結構分別基于電路分析和耦合模理論得到的傳輸效率，驗證了該理論分析方法的可行性。針對本文所研究的陣列式無線傳能系統(tǒng)，基于電路分析原理推導了系統(tǒng)傳輸效率的表達公式，分析了影響系

3、統(tǒng)傳輸效率的參數關系，公式表明合適的負載電阻值和接收線圈位置能夠提高系統(tǒng)的傳輸效率。
　　其次，考慮到超導材料電導率的非線性，由E-J經驗公式推導出其電阻率與電壓的表達公式，并采用四引線法實驗測試得到超導材料的重要參數——臨界電流密度，然后將公式的離散點數據寫入材料庫來定義超導線圈的特殊性質。在以矢量磁位A構建電磁場方程的有限元仿真軟件中，優(yōu)化了線圈模型，建立了三維的仿真模型，研究了靜態(tài)下負載電阻、工作頻率和發(fā)射線圈之間間距等參數

4、分別與系統(tǒng)輸出功率和傳輸效率的影響關系，仿真結果表明:合適的負載電阻值可使傳輸效率達到最大值;同時合理的發(fā)射線圈間距的結構對于負載功率的穩(wěn)定性有一定的幫助。之后，在此仿真模型基礎上通過動態(tài)仿真研究了引入速度變量對系統(tǒng)動態(tài)充電產生的影響，結果表明發(fā)射線圈緊密排列反而促進負載功率的穩(wěn)定。
　　最后，在上述理論研究和仿真分析的基礎上，搭建了陣列式高溫超導無線電能傳輸的實驗平臺，進行了相關的無線電能傳輸實驗測試，完成了在不同電路參數（電源