频率跟踪式谐振耦合电能无线传输系统研究

基于磁耦合谐振的无线电能传输系统的研究摘要：本文分析和设计了一种基于磁耦合谐振的的无线电能传输系统，并对无线电能传输的技术进行了分析和阐述，分析其中存在的优势特征，并对磁耦合谐振的的无线电能传输的传输距离进行粉分析并研究该系统传播的效率。

本文就无线电能传输系统进行了相应的实验和测试，实验的结果表明，在当系统达到了一定传输效率时，能够实现最优化的系统设计，并对理论分析的有效性进行了相应的验证。

关键词：磁耦合谐振，无线电能传输系统前言无线电能传输的概念在19世纪就出现了，当时是由尼古拉•特斯拉提出的，并在1902年申请了相关的技术专利，后面许多科学家对此展开了研究，并取得了一定的成果，然而在距离方面始终没有获得突破性的进展。

根据无线电传输装置技术的原理，无线电传输方式主要氛围电磁波式、电磁感应式和磁耦合谐振式三种传输技术。

其中电磁波式的无线电能传输技术的实质是利用微波来代替传统的输电装置，然后根据该技术的特点，对传输距离比较长且视距较长和视距传输以及传输方向受限的内容进行分析。

当空气中的无线电传输出现较大损耗时，对周边的环境会带来较大的影响。

一、耦合谐振的的无线电能传输技术原理（一）磁耦合谐振原理磁耦合谐振指的是载流线圈之间经过各自磁场之后相互联系的物理现象。

在靠近磁场的区域，电磁场的能力辐射源内部和辐射的原因是周围空间周期性的流动，并不断的由内向外辐射，出现非辐射性的磁耦合的效应，并且辐射不会向外，属于非辐射性的磁耦合。

磁耦合谐振的无线电传输技术主要是利用磁耦合谐振技术来促进无线传输效率的提升，它的理论基础是磁耦合谐振，在某一个确定的频率下，两个相同的磁耦合谐振在物体之间产生了较为强烈的磁耦合，并且可以实现较好的转移。

依据电路伦理的知识运算，影响系统传输功率、传输效率的因素包含了谐振补偿电容、品质因素、谐振线圈参数和谐振频率、负载电阻等，通过谐振理论来对系统的传输效率进行计算和研究，得出影响系统传输性能的内在联系，并进行进一步的优化。

基于磁耦合谐振式无线电能传输技术的分析与设计磁耦合谐振式无线电能传输技术是一种通过磁场耦合方式实现电能传输的无线电能传输技术。

与传统的无线电能传输技术相比，磁耦合谐振式无线电能传输技术具有高效率、高安全性、低辐射等优点，在很多领域有着广泛的应用前景。

本文将对磁耦合谐振式无线电能传输技术进行分析与设计。

首先，磁耦合谐振式无线电能传输技术的基本原理是通过谐振腔和共振线圈实现能量的传输。

谐振腔和共振线圈之间通过磁场耦合，实现了能量的传输。

谐振腔是发射端和接收端都必须具备的，谐振腔内的电磁场能量被传输到共振线圈中，再通过共振线圈传输到接收端。

谐振腔和共振线圈的谐振频率需要匹配，以实现高效率的能量传输。

在设计磁耦合谐振式无线电能传输系统时，首先需要确定传输的距离和传输功率的需求。

传输距离的长短决定了系统的工作频率和设计参数的选择，传输功率的需求决定了系统的功率放大器的设计。

其次，需要进行谐振腔和共振线圈的设计。

谐振腔的设计主要是确定谐振腔的形状和尺寸，以及谐振腔的谐振频率。

谐振腔的形状和尺寸可以根据实际应用场景进行选择，谐振频率需要与共振线圈的谐振频率匹配。

共振线圈的设计主要是确定线圈的匝数和长度，以及线圈的电感值。

接下来是功率放大器的设计。

功率放大器是用来提高传输功率的装置，通常采用放大器来实现。

功率放大器的设计需要考虑放大器的频率响应、增益和功率效率等参数。

由于谐振腔和共振线圈是通过磁场耦合进行能量传输的，所以功率放大器的输出需要采用谐振腔和共振线圈的输入端进行耦合。

最后是系统的控制和保护。

在实际应用中，磁耦合谐振式无线电能传输系统需要具备良好的控制和保护功能。

控制功能可以通过监测传输功率、输出电压和电流等参数实现，保护功能可以通过过流、过压和过温等方式实现。

综上所述，基于磁耦合谐振式无线电能传输技术的分析与设计主要包括传输距离和功率需求的确定，谐振腔和共振线圈的设计，功率放大器的设计，以及系统的控制和保护。

目录摘要 (i)Abstract .............................................................................................................. i ii 第一章绪论 (1)1.1 研究背景与意义 (1)1.2 无线电能传输技术的发展概况 (2)1.2.1 微波式WPT技术 (3)1.2.2 激光式WPT技术 (4)1.2.3 电磁感应式WPT技术 (5)1.2.4 电场耦合式WPT技术 (6)1.2.5 磁耦合谐振式WPT技术 (7)1.3 磁耦合谐振式WPT技术的研究现状 (9)1.3.1 WPT系统建模与传输特性研究 (9)1.3.2 WPT系统的关键技术研究 (12)1.3.3 当前存在的主要问题 (17)1.4 研究思路与内容安排 (18)1.4.1 研究目标及研究思路 (18)1.4.2 主要研究内容 (20)第二章磁耦合谐振式WPT系统建模与传输机理分析 (21)2.1 磁耦合谐振式WPT系统建模 (21)2.1.1 磁耦合线圈的等效模型 (22)2.1.2 补偿网络的等效模型 (25)2.1.3 磁耦合谐振式WPT系统的模型 (28)2.2 磁耦合谐振式WPT系统的传输特性分析 (29)2.2.1 WPT系统的特性参数分析 (29)2.2.2 WPT系统谐振条件分析 (31)2.2.3 WPT系统阻抗匹配条件分析 (32)2.3 磁耦合谐振式WPT系统的频率分裂机理分析 (33)2.3.1 谐振频率点分析 (34)2.3.2 阻抗匹配频率点分析 (36)2.3.3 WPT系统仿真分析 (37)第三章磁耦合谐振式WPT系统的不确定性分析与优化方法 (43)3.1 不确定参数变化对WPT系统的影响分析 (43)3.1.1 WPT系统的不确定参数分析 (43)3.1.2 不确定参数的影响作用仿真分析 (46)3.2 参数不确定情况下WPT系统的优化设计方法 (50)3.2.1 改进型WPT系统电路 (50)3.2.2 WPT系统的不确定性优化问题建模 (52)3.2.3 WPT系统的两层嵌套优化算法 (55)3.2.4 WPT系统的优化结果分析 (58)3.2.5 WPT系统的优化设计准则及建议 (67)3.3 WPT系统的不确定性优化实验研究 (67)3.3.1 实验系统设计 (68)3.3.2 实验结果分析 (72)3.4 本章小结 (73)第四章磁耦合谐振式WPT系统的自适应阻抗匹配方法研究 (75)4.1 双侧阻抗变换式自适应阻抗匹配方法 (75)4.1.1 双侧阻抗变换方法原理 (75)4.1.2 阻抗匹配算法研究 (80)4.1.3 WPT系统阻抗匹配仿真分析 (81)4.1.4 双侧阻抗变换式WPT系统设计 (85)4.2 频率跟踪-阻抗变换结合式自适应阻抗匹配方法 (87)4.2.1 频率跟踪-阻抗变换结合式方法原理 (87)4.2.2 阻抗匹配算法研究 (90)4.2.3 WPT系统阻抗匹配仿真分析 (91)4.2.4 频率跟踪-阻抗变换结合式WPT系统设计 (93)4.3 WPT系统的自适应阻抗匹配实验研究 (94)4.3.1 实验系统搭建 (94)4.3.2 实验结果分析 (96)4.4 本章小结 (98)第五章结论与展望 (99)5.1 主要研究内容和结论 (99)5.2 研究展望 (100)参考文献 (103)作者在学期间取得的学术成果 (117)表1.1 WPT系统的电磁屏蔽方法比较 (17)表2.1 几种补偿网络的传输参量 (27)表2.2 仿真分析中WPT系统的参数设置 (38)表2.3 WPT系统的谐振频率点 (39)表3.1 SS型WPT系统参数的优化设计值 (46)表3.2 不确定参数的变化区间 (47)表3.3 改进型WPT系统参数的初始设计值 (58)表3.4 改进型WPT系统不确定参数的变化区间 (59)表3.5 WPT系统设计向量的优化解(以传输效率为优化对象) (61)表3.6 WPT系统设计向量的优化解(以功率增益为优化对象) (64)表3.7 WPT实验系统的确定参数 (71)表3.8 WPT实验系统的不确定参数 (71)表3.9 T型补偿网络参数优化值(以功率增益为优化对象) (72)表4.1 仿真分析中不确定参数的初始值和变化范围 (83)表4.2 仿真分析中的确定参数值 (83)表4.3 WPT实验系统的确定参数 (96)表4.4 不确定参数的初始值和变化范围 (96)图1.1 无线电能传输技术的分类 (3)图1.2 微波式WPT系统结构图 (3)图1.3 激光式WPT系统结构图 (4)图1.4 电磁感应式WPT系统结构图 (5)图1.5 电场耦合式WPT系统结构图 (6)图1.6 磁耦合谐振式WPT系统结构图 (7)图1.7 KAIST提出的偶极子线圈共振系统 (8)图1.8 电动汽车动态无线充电技术 (8)图1.9 磁耦合谐振式WPT系统的集总参数电路模型 (10)图1.10 磁耦合谐振式WPT系统的二端口网络模型 (11)图1.11 几种不同结构的线圈 (12)图1.12 利用中继线圈增强WPT系统的传输效率 (13)图1.13 利用超材料增强线圈的耦合性能 (13)图1.14 WPT系统的频率控制方法 (14)图1.15 WPT系统的阻抗匹配控制方法 (15)图1.16 基于开关变换器的WPT系统控制方法 (15)图1.17 基于多线圈结构的WPT系统控制方法 (16)图1.18 WPT系统线圈磁场分布仿真 (16)图1.19 WPT系统线圈磁场的主动屏蔽方法 (17)图1.20 论文整体框架与研究思路 (19)图2.1 磁耦合谐振式WPT系统的基本结构 (21)图2.2 两种磁耦合线圈结构 (22)图2.3 两线圈结构的集总参数电路模型 (22)图2.4 四线圈结构的集总参数电路模型 (23)图2.5 磁耦合线圈的二端口网络模型 (23)图2.6 单元件补偿网络的集总参数电路模型 (25)图2.7 双元件补偿网络的集总参数电路模型 (25)图2.8 三元件补偿网络的集总参数电路模型 (26)图2.9 补偿网络的二端口网络模型 (26)图2.10 磁耦合谐振式WPT系统的模型 (28)图2.11 磁耦合谐振式WPT系统的阻抗参数图 (29)图2.12 磁耦合谐振式WPT系统的功率参数图 (30)图2.14 共轭阻抗匹配原理图 (33)图2.15 SS型WPT系统的结构 (34)图2.16 WPT系统的谐振因子和阻抗匹配因子仿真结果 (38)图2.17 WPT系统的传输效率和功率增益仿真结果 (39)图2.18 耦合系数K=0.3时的仿真结果 (40)图2.19 耦合系数K=0.13时的仿真结果 (40)图2.20 耦合系数K=0.06时的仿真结果 (41)图3.1 带有不确定参数的WPT系统 (44)图3.2 发射线圈电感变化时的仿真结果 (47)图3.3 接收线圈电感变化时的仿真结果 (48)图3.4 线圈互感变化时的仿真结果 (48)图3.5 负载电阻变化时的仿真结果 (49)图3.6 负载电抗变化时的仿真结果 (49)图3.7 改进后的TT型WPT系统电路 (50)图3.8 WPT系统的嵌套优化流程 (56)图3.9 PSO算法流程 (57)图3.10 NSGA-II算法流程 (58)图3.11 优化得到的帕累托前沿图(以传输效率 为优化对象) (60)图3.12 优化后WPT系统的传输效率曲线 (62)图3.13 优化得到的帕累托前沿图(以功率增益G为优化对象) (63)图3.14 优化后WPT系统的功率增益曲线 (65)X同时发生变化) (65)图3.15 优化得到的帕累托前沿图(r L、d图3.16 优化后WPT系统的功率增益图 (66)图3.17 WPT实验系统总体设计图 (68)图3.18 高频电源设计图 (68)图3.19 磁耦合线圈设计图 (69)图3.20 发射侧、接收侧补偿网络设计图 (69)图3.21 负载部分的设计图 (70)图3.22 磁耦合谐振式WPT实验系统 (71)图3.23 两种WPT系统的功率增益曲线 (73)图4.1 WPT系统的阻抗参数图 (75)图4.2 包含4个独立可调元器件的WPT系统电路图 (76)图4.3 双侧阻抗变换式自适应匹配方法 (79)12V V图4.5 利用Multisim软件对WPT系统进行仿真分析 (82)图4.6 WPT系统功率增益的仿真结果(双侧阻抗变换方法) (84)图4.7 双侧阻抗变换式WPT系统电路图 (85)图4.8 自适应补偿网络设计方案 (86)图4.9 WPT系统功率测量电路设计方案 (86)图4.10 包含3个独立可调元器件的WPT系统电路图 (88)图4.11 频率跟踪-阻抗变换结合式自适应匹配方法 (90)图4.12 频率跟踪-阻抗变换结合式WPT系统仿真电路 (92)图4.13 WPT系统功率增益的仿真结果(频率跟踪-阻抗变换结合式方法) (93)图4.14 频率跟踪-阻抗变换结合式WPT系统电路图 (93)图4.15 WPT系统阻抗匹配实验装置 (95)图4.16 发射侧自适应补偿网络 (95)图4.17 接收侧自适应补偿网络 (95)图4.18 WPT系统的功率增益曲线 (97)摘要随着科学技术的不断发展，人们对于电能传输系统的要求也越来越高。

磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计1. 引言1.1 磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计概述磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统是一种新型的无线能量传输技术，其通过磁耦合谐振实现高效能量传输。

传统的无线能量传输系统存在能量传输效率低、距离限制等问题，而磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统则可以实现远距离、高效率的能量传输。

该系统的设计原理主要是基于谐振器的工作原理，通过调节谐振频率实现能量传输。

其设计方案包括谐振器的设计、耦合器的设计、功率放大器的设计等。

在实施过程中，需要考虑系统的稳定性、效率和安全性。

性能评估是该系统设计的重要环节，通过实验和测试分析系统的传输效率、传输距离、功率损耗等关键指标。

通过案例分析，可以验证系统设计的有效性和实用性。

综合以上内容，磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计具有传输效率高、传输距离远、稳定性好等优点。

还存在一些问题需要进一步解决，如系统的安全性、抗干扰能力等。

未来，可以通过改进设计方案、优化系统结构等方式提高系统性能，实现更广泛的应用。

2. 正文2.1 磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计原理磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统是一种新型的无线能源传输技术，它采用磁耦合谐振的原理实现高效的能量传输。

在这种系统中，发射端和接收端之间通过磁场耦合，使得能量可以高效地传输。

下面将详细介绍磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统的设计原理。

首先，磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统的原理是基于谐振电路的工作原理。

谐振电路是一种特殊的电路，其电容和电感的参数可以使系统在特定的频率下达到共振状态。

在磁耦合谐振式系统中，发射端和接收端的谐振电路都处于共振状态，这样能量的传输效率将会得到提高。

其次，磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统的设计原理还包括磁耦合效应。

磁耦合效应是指发射端和接收端之间通过磁场相互耦合，使得能量可以在两者之间传输。

基于DSP的耦合谐振无线电能传输系统谐振频率追踪梁磊;李良光【摘要】耦合谐振式无线电能传输技术是目前最具发展前景的无线电能传输方式之一.该技术对于工作频率十分敏感,当其工作频率等于系统谐振频率时,可以获得最佳的传输效率.文章在对耦合谐振无线电能传输系统进行理论分析的基础上提出频率追踪方案,最后建立仿真模型验证频率追踪方案的可行性和正确性.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2018(035)001【总页数】3页(P42-44)【关键词】耦合谐振;无线电能传输;频率追踪【作者】梁磊;李良光【作者单位】安徽理工大学电气与信息工程学院,安徽淮南232001;安徽理工大学电气与信息工程学院,安徽淮南232001【正文语种】中文0 引言电力能源的发明和使用，掀起了第二次工业革命的浪潮。

随着科技和经济的不断发展，全世界对电能的需求越来越大，依赖性越来越高，电能已经成为现代社会中不可或缺的一种能量形式。

传统的有线输电由于存在着触电接触容易产生电火花、占用体积较大等问题，在很多场合并不适合，这迫使人们寻找一种更加合适的供电方式。

耦合谐振无线电能传输方式利用谐振和磁场耦合的原理进行电能的无线传输，因此其工作频率对于系统稳定高效的工作至关重要。

但是，系统在运行过程中由于工作环境变化、元器件的老化和电路中的寄生参数的变化，会使系统的固有谐振频率产生变化，此时系统若仍然工作于原来的频率，必将导致系统失谐，从而使得系统的传输效率大大下降。

本文提出了一种频率追踪方法，该方法可以有效地追踪系统的谐振频率，从而保证系统能够高效稳定的工作，最后建立仿真模型验证了该方法的有效性。

1 系统建模常见的耦合谐振无线电能传输系统根据线圈和谐振电容的连接方式分为四种拓扑结构，本文采用阻抗特性最好的串串结构[1，2]，如图1所示。

图中的高频电为系统的输入高频电压源Ui；要使线圈以谐振状态运行，仅凭线圈的感生电容是无法完成的，所以在电路中加入了调谐电容CS；图中的LS为发射线圈的自感；RS为LS和CS的等效电阻；LD、CD则为接受线圈的自感和调谐电容，RD为这两者的等效电阻；两线圈之间的互感系数和距离分别为M和D；RL 为等效的负载。

磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计摘要：无线电能传输技术是一项新兴技术，近年来得到了广泛的关注和研究。

本文提出了一种利用磁耦合谐振式高频自激振荡的方式实现高效能传输的无线电能传输系统。

该系统采用了磁耦合谐振（MCR）的方法，使得能量从发射端通过电容和电感的相互耦合传输到接收端，同时高频自激振荡的特性使得系统变得更加稳定和高效。

本文着重介绍了该系统的电路设计及其原理，并进行了实验验证。

实验结果表明，该系统能够以高效的方式传输电能，传输功率与距离之间的关系符合理论预测。

1. 简介随着现代社会的发展，用电量越来越大，电力传输方式也逐渐面临着诸多挑战。

有线传输无疑是目前最常用的一种方式，但随着能源需求的增加和环保意识的加强，一种新的无线电能传输技术逐渐成为人们关注的热点。

无线电能传输技术是利用电磁场传输电能的一种技术，可以消除电线电缆带来的各种问题，具有广阔的应用前景。

目前，无线电能传输技术已经成为人们研究的热点之一。

2. 系统原理2.1 磁耦合谐振磁耦合谐振是一种能够利用电容和电感之间的相互耦合来传输电能的技术，其原理如图1所示。

如图1所示，发射端和接收端分别由电容和电感组成，二者结合在一起形成一个谐振回路。

当交流电源加入电容时，电荷通过电感器产生了磁场，这个磁场又产生了反馈电流，从而使得电路开始自激振荡。

在自激振荡过程中，电荷可以通过电容和电感之间的相互耦合传输到接收端，从而实现无线电能传输。

2.2 高频自激振荡高频自激振荡是指电路自身具有产生高频振荡的能力，具有稳定、高效的特点。

在无线电能传输系统中，高频自激振荡可以使系统更加稳定和高效，提高传输效率和传输距离。

3. 系统设计图2 系统电路图如图2所示，发射端和接收端分别由电容和电感组成，二者结合在一起形成一个谐振回路。

发射端的电感器用一根比较细的铜丝做成，长度为37cm，直径为2.5mm，是自制的。

磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计高频自激振荡无线电能传输系统是一种无线电能传输技术，可以将能量从一个电路传输到另一个电路，而无需使用传统的导线连接。

这种技术可以广泛应用于电力传输、电子设备充电等领域。

磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统是基于磁耦合和谐振实现的一种能量传输系统。

下面将对该系统的设计进行详细介绍。

1. 系统原理磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统由两个主要部分组成：能量发射端和能量接收端。

能量发射端包括功率放大器和发射线圈，能量接收端包括接收线圈和整流电路。

能量发射端通过功率放大器将输入电源信号放大，并通过发射线圈将能量以高频电磁波的形式传输出去。

能量接收端的接收线圈接收到高频电磁波，并将其转换为电能，然后通过整流电路将其转换为直流电能供电使用。

2. 系统设计（1）能量发射端设计能量发射端的主要设计参数包括功率放大器的功率和频率，发射线圈的感应系数和谐振频率。

功率放大器应具有足够的功率输出，并能够将输入电源信号放大到高频电磁波的水平。

功率放大器的功率输出可以通过控制电源电压来实现。

发射线圈的感应系数决定了能量传输的效果。

感应系数较大会提高能量传输效率，但也会增加系统的成本和复杂性。

需要在效率和成本之间进行权衡。

谐振频率应与接收线圈的谐振频率相匹配，以实现最佳能量传输效果。

谐振频率可以通过调整发射线圈的电感和电容来实现。

整流电路应能够将接收到的高频电能转换为直流电能。

一种常用的整流电路是使用稳压二极管和电容器的整流电路。

3. 系统优化为了实现最佳的能量传输效果，可以对系统进行优化。

可以通过调整发射线圈和接收线圈的物理尺寸和位置来优化系统的能量传输效率。

这可以通过模拟软件进行模拟和优化。

可以通过使用集成电路和微控制器来实现系统的自动控制和监测。

这将提高系统的稳定性和可靠性。

还可以通过改进谐振电路的设计和优化整流电路的效率来进一步提高系统的能量传输效果。

基于FPGA的磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制刘帼巾;李义鑫;崔玉龙;黄凯;边鑫磊【摘要】磁耦合谐振式无线电能传输是无线电能传输领域的研究热点,保持系统工作在谐振频率是磁耦合谐振式无线电能传输的关键技术之一.为了解决磁耦合谐振式无线电能传输系统在工作过程中的谐振失谐问题,本文从理论上分析系统的失谐机理,提出基于自适应PI控制的可变模全数字锁相环的频率跟踪控制方法;建立基于PI控制的全数字锁相环的数学模型,分析PI控制参数对系统性能的影响;设计出一种对全数字锁相环的PI控制参数进行自适应调节且兼顾跟踪控制的速度和精度的自适应控制器;利用FPGA实现所提出的全数字锁相环;仿真结果表明,该全数字锁相环能够较好地实现相位和频率的跟踪功能;最后,在实验样机上进行验证,结果表明该方法可以在谐振频率变化时完成对频率的快速跟踪,使系统工作在谐振状态.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)014【总页数】9页(P3185-3193)【关键词】磁耦合谐振式无线电能传输;谐振失谐;频率跟踪;全数字锁相环;自适应PI控制【作者】刘帼巾;李义鑫;崔玉龙;黄凯;边鑫磊【作者单位】省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津 300130;省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津 300130;北京化工大学信息科学与技术学院北京 100029;省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津 300130;省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津 300130【正文语种】中文【中图分类】TM72磁耦合谐振式无线电能传输（Wireless Power Transfer, WPT）系统在近场耦合式WPT技术中具有传输效率高、传输距离较大的优点[1]，成为无线电能传输领域的研究热点。

磁耦合谐振式WPT之所以能够高效传输主要取决于系统能否工作在谐振状态[2]。

磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计摘要：本文针对无线电能传输系统设计中存在的传输效率低、系统稳定性差等问题，提出了一种磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计方案。

该方案通过对谐振式高频无线电能传输系统的研究和分析，提出了一种新的磁耦合谐振式高频自激振荡电能传输系统设计方案，并对其进行了理论分析和仿真验证。

研究结果表明，该设计方案能够有效提高无线电能传输系统的传输效率和系统稳定性，具有较高的实用价值。

一、系统设计原理1.1 磁耦合谐振式无线电能传输系统原理磁耦合谐振式无线电能传输系统是利用磁场耦合进行电能传输的一种新型无线电能传输系统。

其基本原理是利用发射端的无线电能发射器产生高频谐振磁场，然后通过磁场耦合将能量传输到接收端的无线电能接收器，最终将高频电能转换为直流电能供电。

该系统利用磁场耦合进行电能传输，能够实现远距离、高效率的电能传输，并且不受传统电缆线路的限制，具有较高的应用价值。

二、系统设计方案2.1 磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计方案基于以上原理，本文提出了一种磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计方案。

该方案包括发射端和接收端两部分，发射端包括高频自激振荡电路和磁场发射装置，接收端包括磁场接收装置和直流电能输出装置。

2.2 发射端设计发射端采用高频自激振荡电路产生高频振荡信号，然后通过磁场发射装置将能量传输到接收端的磁场接收装置。

高频自激振荡电路采用谐振电路和自激振荡电路相结合的设计，能够产生高频振荡信号，并通过磁场发射装置将能量传输到接收端的磁场接收装置。

三、系统设计分析3.1 系统设计参数选择在系统设计中，需要考虑到高频自激振荡电路的频率、功率和效率等参数选择，以及磁场发射装置和磁场接收装置的设计参数选择。

通过合理选择系统设计参数，能够提高系统的传输效率和系统稳定性。

3.2 仿真验证为了验证系统设计方案的有效性，本文利用仿真软件对系统进行了仿真验证。

磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计二、磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统概述磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统是一种利用高频电磁波进行能量传输的新型技术。

其基本原理是利用高频电磁波在空间中进行传输，并通过磁耦合谐振的方式来实现能量的接收与传输。

该系统主要包括谐振器、功率放大器、脉冲调制器、天线、传输线路等部件。

谐振器是系统的核心部件，通过谐振器中的谐振电路，可以使系统在特定频率范围内实现高效的能量传输。

三、磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计1. 系统结构设计磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统的结构设计应该考虑系统的整体稳定性、传输效率和安全性。

系统的结构主要包括天线、谐振器、功率放大器、脉冲调制器和传输线路。

天线用于接收和发射电磁波，谐振器用于调节频率，功率放大器用于增大信号强度，脉冲调制器用于调制信号，传输线路用于连接各个部件。

2. 谐振器设计谐振器是磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统的关键部件。

谐振器的设计需要考虑系统的工作频率、谐振电路的参数选择和谐振电路的稳定性。

首先需要确定系统的工作频率，然后根据工作频率选择合适的谐振电路参数，最后通过对谐振电路进行仿真和实验，验证系统的稳定性。

3. 功率放大器设计功率放大器的设计主要包括功率放大器的类型选择、功率放大器的功率输出和功率放大器的稳定性设计。

根据系统的要求，选择合适的功率放大器类型，确定功率放大器的功率输出，并对功率放大器进行稳定性设计，以保证系统的工作稳定性和传输效率。

四、磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统的性能评价1. 传输效率磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统的传输效率是评价系统性能的重要指标之一。

传输效率的高低直接影响到系统的能源利用率和传输距离。

通过对系统的工作原理进行深入分析，可以优化系统的结构设计、谐振器的参数设计、功率放大器的功率输出、脉冲调制器的调制方式选择和传输线路的稳定性设计，从而提高系统的传输效率。

磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统是一种无线电能传输的新型技术。

它通过高频谐振电路和磁耦合技术实现了能量的无线传输，具有传输效率高、距离远、损耗小等优点，被广泛应用于无线充电、无线供电等领域。

在设计中，首先需要确定传输系统的工作频率和功率。

一般情况下，工作频率选择在数十千赫兹至数百千赫兹之间，功率选择在几瓦至几十瓦之间。

接下来需要设计谐振电路。

谐振电路是实现能量传输的核心部分，其由电容、电感和功率放大器组成。

通过选择合适的电容和电感值，使得电路达到谐振状态，从而实现能量的无线传输。

在谐振电路设计中，需要注意电容和电感之间的匹配。

一般来说，电容的值应该略小于磁耦合器的自感值，以确保能量的传输效率。

电感的值应尽量大，以提高谐振电路的品质因数，减小能量的损耗。

还需要考虑功率放大器的设计。

功率放大器可以提供足够的功率来驱动谐振电路，从而实现能量的传输。

功率放大器的设计需要考虑功率的放大倍数和稳定性。

在整个设计过程中，还需要考虑到系统的可靠性和安全性。

需要设计合适的保护电路，确保在异常情况下能够及时切断电源，避免电路或设备的损坏。

还需要进行实验验证和性能测试。

通过实验验证可以验证设计的正确性和可行性，性能测试可以评估系统的传输效率和稳定性。

磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计需要考虑到频率、功率、谐振电路、功率放大器等方面的设计和优化，同时还需要考虑到系统的可靠性和安全性。

通过正确的设计和实验验证，可以实现高效、稳定的无线电能传输。

耦合谐振式无线电能传输的传输效率最佳频率唐治德;徐阳阳;赵茂;彭一灵【摘要】By applying lumped parameter circuit theory and coupled mode theory, the efficiency of wire-less power transfer system via magnetic resonant coupling was researched, and the concept of transfer effi-ciency maximum frequency was proposed when transfer efficiency is maximum. Influence of system pa-rameters and load on transfer efficiency maximum frequency and transfer efficiency were analyzed. Two coils transfer system was set up, and the relationship between the frequency and transfer efficiency, the relationship between load and transfer efficiency maximum frequency and between load and transfer effi-ciency were studied,and the relationship between distance and transfer efficiency maximum frequency and between distance and transfer efficiency were carried out. Experiments and simulation prove that: there is a transfer efficiency maximum frequency in wireless power transfer system; and this transfer efficiency maximum frequency is proportional to the load and inversely proportional to mutual inductance approxi-mately; transfer efficiency maximum frequency increases with the increase of distance; when the system work in transfer efficiency maximum frequency and the load resistance is much greater than the coil resist-ance, the transfer efficiency of wireless power transfer system is maximum.%应用集总参数和耦合模理论，研究了电磁耦合式无线电能传输系统的传输效率问题，提出了使无线电能传输系统传输效率最大的传输效率最佳频率概念，分析了传输系统参数和负载对传输效率最佳频率和传输效率的影响。

•无线电能传输技术•■无辣电能#输技术专辑电器与能效管理技术（2017NO . 2)磁耦合谐振式无线电能传输系统的分析与验证魏峥嵘，李政，李祥，夏俊(华南理工大学电力学院，广东广州510640)摘要：针对磁耦合谐振式无线电能传输过程频率分裂问题，利用互感耦合理论 和等效电路模型对系统建立了模型。

通过分析模型得出负载电压和传输效率与耦合 因数、失谐因子的关系表达式，并对其频率特性进行分析。

为了验证系统在过耦合状 态出现的负载电压频率分裂现象，采用了在保持同轴平行放置的前提下，调节发送侧 线圈和接受侧线圈距离的试验方式。

试验结果与理论分析具有较好的一致性，证明了 理论分析的正确性，也为进一步研究频率跟踪及其优化控制提供了有益的参考。

关键词：磁耦合谐振；无线电能传输；频率分裂；失谐因子中图分类号：TM 15 文献标志码：A 文章编号=2095-8188(2017)02-0049-04DOI ： 10. 16628/j. cnki. 2095-8188. 2017. 02. 009魏睁嵘（1991一）， 男，硕士研究生，研 究方向为永磁类无 刷直流电机驱动与 无线输电。

Analysis and Validation of Magnetic Coupled Inductive WirelessPower Transfer SystemW EI Zhengrong , LI Zheng ， LI Xiang ， XIA Jun(School of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510640，China)Abstract ： Aiming at the frequency splitting problem during magnetic coupled resonance wireless powertransmission, a system model was built based on the theoiy of mutual inductance coupling and the equivalentcircuit. The expression of the relationship between the load voltage,transmission efficiency and coupling factor,loss of harmonic factor were derived, and the frequency characteristics were analyzed. In order to validate the phenomenon that frequency splitting of the load voltage in the system when system is working on overcoupled condition, the method of regulating distance between the receiving side coil and transferring side coil was used under the condition of keeping the two coils coaxial. Experimental results are well consistent with the theoretical analysis, which shows the validity of the proposed method and its result. Thus, it provides a useful reference for the further research on frequency tracking and its optimization control in wireless power transfer system.Key words ： magnetic coupled resonances; wireless power transfer ； frequency splitting ； loss of harmonic factor〇引言无线电能传输（Wireless Power Transfer, WPT)技术是一种借于空间无形软介质（如电场、 磁场、微波等）实现将电能由电源端传递至用电 设备的一种供电模式，该技术是集电磁场、电力电 子、高频电子、电磁感应和耦合模理论等多学科交叉的基础研究与应用研究，是能源传输和接入的 一次革命性进步[w ]。

磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计随着科技的发展，无线电能传输技术越来越受到人们的关注。

无线电能传输技术可以让我们摆脱电线束缚，实现更加便捷的电能传输方式。

磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统是一种新型的无线电能传输技术，具有传输效率高、传输距离远、抗干扰能力强等优点。

本文将对磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统进行设计与分析。

一、系统原理磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统主要包括发射端和接收端两部分。

发射端由功率放大器、无线电能传输线圈和谐振电容器组成；接收端由无线电能接收线圈、整流电路和负载组成。

系统利用高频振荡产生强磁场，通过磁耦合将能量传输到接收端，再经过整流电路将交流能量转换为直流能量，以供给负载使用。

系统的工作原理主要包括以下几个步骤：二、系统设计1. 发射端设计发射端主要包括功率放大器和无线电能传输线圈。

功率放大器采用高频振荡电路，将直流电能转换为高频交流电能。

无线电能传输线圈采用空心圆柱形线圈，通过高频谐振电容器与功率放大器相连。

为了提高系统效率，需要选择合适的功率放大器和谐振电容器，并对线圈进行优化设计。

三、系统分析1. 系统效率磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统具有高传输效率的特点。

系统在谐振状态下，能量传输效率非常高，而且传输距离也比较远。

由于无线电能传输系统不受电线长度和传输距离限制，因此可以实现更加灵活的电能传输。

2. 抗干扰能力系统采用高频振荡电路，具有很强的抗干扰能力。

高频电磁波在传输过程中，对外界干扰的影响较小，因此系统可以在复杂的电磁环境下稳定工作。

3. 安全性磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统在设计时需要考虑安全性问题。

由于系统采用高频振荡电路，存在一定的电磁辐射和安全隐患。

因此在系统设计中需要采取一定的安全防护措施，确保系统可以安全可靠地工作。