非接触式供电系统

非接触式供电系统武汉科技大学“学科基础课程群设计”报告条目摘要........................................................摘要..........................................................二1实验任务和要领探索 (1)| The.............................................1 1.2实验要求.............................................1 1.3实验结果解释.................背景.............................1 2非接触供电系统..........................................2 3无线传输原理 (3)3.1微波无线能量传输...................................3 3.2电磁感应无线传输...........................................3 3.3电磁共振无线能量传输......................................4 4磁耦合谐振无线能量传输系统.. (5)4.1能量传输系统的组成...........................................5 4.2耦合谐振系统..........................................5 4.3能量传输过程及其原理和方程.........的方案设计...................5 5非接触供电系统.. (6)5.1高频振荡器电路设计 (7)5.1.1设计方案.............................................7 5.1.2晶体振荡器电路的原理.............................9 5.2功率放大器设计.. (9)5.2.1功率放大器原理................................10 5.2.2功率放大器的分类................................10 5.2.3设计方案......................................11 5.2.4功率放大器电路图..............................12 5.3交流/ DC电路方案.............................................12 5.4耦合线圈 (13)5.4.1线圈电感 (14)武汉理工大学报告5.4.2线圈互感的最佳频率范围 (14)5.4.3..............................15 5.5电路总图和单元电路......................的实现和测试................15 6计划 (17)6.1 DC电源................................................17 6.2高频晶体振荡器电路...........................................17 6.3高频功率放大器..............................................18 6.4桥式整流器电路.............................................19 6.5实现无接触供电................................根据196.6的实验结果和解释，迈克尔·法拉第在XXXX年发现了.............................................磁场改变后，电线周围会产生电流，这为电能的无接触传输提供了理论上的可能性。

1913年，法国航海家和网球运动员罗兰·伽罗斯(Roland Galos)问自己是否能从地面为飞行器提供动力。

在年的XXXX，麻省理工学院的研究人员在无线电力传输方面取得了新的进展。

他们用两米外的电源“穿过地面”点亮一个60瓦的灯泡在XXXX，在实习生技术峰会上，研究人员声称该技术可以应用于笔记本电脑，从而打破了电线的束缚。

如果这项技术得到应用，我们的生活将会发生巨大的变化:我们不再需要电线和插座，手机充电比打开蓝牙更简单。

只要你在某个区域，手机就可以一直充电。

同样，笔记本电脑也不必担心电池没电。

甚至，可能没有电网的概念，我们不再需要电线了。

这极大地鼓励人们研究无线能量传输的具体方法。

2武汉科技大学“学科基础课程群设计”报告3无线传输原理根据电能传输原理，WPT技术可分为三种类型:射频或微波WPT、电磁感应型WPT、电磁谐振型WPT，分别介绍如下3.1微波无线能量传输所谓的微波WPT是一种使用微波(频率在300兆赫和300千兆赫之间的电磁波)作为载波在自由空间无线传输电磁能量的技术微波源用于将电能转换成微波，微波由天线发射，经长距离传播后由天线接收，最后通过微波整流器等再次转换成电能使用。

微波频率传输的“方向性和可穿透的电离层”等特点，使得这种能量传输方式早在XXXX早期就引起了人们的关注，并在远距离甚至超远距离的能量传输场合具有重要的应用价值。

微波WPT主要用于微波飞机、卫星太阳能电站等远距离传输场合，其中卫星太阳能电站已成为美、日等国大力发展的重要空间项目，是人类应对能源危机的有效战略。

目前，制约微波WPT技术进一步发展的主要技术瓶颈在于高效微波整流器件、大功率微波天线和大功率微波电磁场的生物安全性以及对生态环境的影响。

然而，由于高工作频率和低系统效率，微波WPT 不适合能量传输距离短的应用。

3.2电磁感应无线传输电磁感应WPT是一种基于电磁感应原理的技术，利用一次侧和二次侧分开的变压器在相对较短的距离内进行无线电力传输目前，比较成熟的无线供电方式都采用这种技术。

典型应用包括新西兰国家地热公园的30kW电动客运车辆和Splash power公司的无线充电器。

可见，电磁感应WPT技术可以有效实现低功耗消费电子产品和大功率电动汽车无线供电系统的无线供电。

但是，电磁感应WPT仍然存在一系列问题:传输距离短，效率随着距离的增加而急剧下降；传输效率对非接触式变压器的一次侧和二次侧的错位非常敏感3武汉科技大学“学科基础课程群设计”报告3.3电磁谐振无线能量传输电磁谐振WPT是由XXXX麻省理工学院索利亚一中领导的研究团队提出的一项突破性技术他们使用两个具有相同固有谐振频率的铜线圈(为了描述方便，称为“变压器”)。

在谐振激励条件下(即激励频率等于线圈的固有谐振频率)，60W灯泡在2m距离处成功点亮，变压器效率达到40%降低了电压互感器绕组之间位错的敏感性。

长野日本无线公司提供了一次和二次绕组相互垂直的实验图片。

此外，通过利用谐振模式对激励频率要求的严格性，可以通过合理地设置激励频率向指定的电器供电，从而提高安全性。

然而，目前这方面的研究要么过于理论化，要么过于实验化，缺乏对应用和工程设计具有定量指导意义的研究成果。

然而，由于能量的有效耦合，电磁共振WPT无疑将成为WPT技术的一个重要研究方向。

综上所述，与非接触感应充电技术相比，磁耦合谐振无线能量传输在传输距离上更具优势。

与电磁波形式的无线能量传输技术相比，磁耦合共振无线能量传输具有非敏感方向性、非辐射性等优点。

4武汉科技大学“学科基础课程群设计”报告4磁耦合谐振无线能量传输系统4.1能量传输系统组成能量传输系统包括电源端和负载端两部分电源端子包括由导线缠绕并与电容器并联的线圈(源线圈)，以及用于向线圈提供电能的高频电源；相隔一定距离的接收端包括由另一根导线缠绕并与电容器并联的线圈(接收线圈)和消耗线圈电磁能量的负载4.2耦合谐振系统的线缠绕的线圈可以看作是由电感和电容连接而成的谐振体。

谐振体中包含的能量在空间中自由振荡，其自谐振频率在电场和磁场之间，产生以线圈为中心、空气为传输介质的时变磁场。

与谐振体相隔一定距离的具有相同谐振频率的谐振体感应出磁场，感应出的磁场也可以以其自谐振频率在电场和磁场之间的空间自由振荡，同时磁场能量在两个谐振体之间不断交换，从而产生以两个线圈为中心、空气为介质的时变磁场共振体中的电场能量和磁场能量振荡交换，同时共振体之间也存在以相同频率振荡的能量交换，即两个共振体形成耦合共振系统。

4.3的能量传输过程及其遵循的原理和方程的源线圈被提供正弦电流，该电流在线圈电感周围产生随时间变化的磁场并对电容器充电。

线圈电感接收线圈感应磁场，产生电动势，同时给电容器充电当正弦电流的频率等于线圈的谐振频率时，源线圈电流的方向改变，而交变磁场的方向改变，接收线圈感应电动势，并且接收线圈的电容放电正弦电流的方向周期性变化，接收线圈的电流逐渐放大，直到接收线圈的电磁能量达到最大。

如果系统没有负载(包括线圈的寄生电阻)并消耗能量，源线圈和接收线圈两侧包含的能量交替达到最大值(两个线圈在每个时刻包含的能量之和)如果每个系统都有消耗能量的负载，源线圈将不断向负载线圈传输能量，实现无线能量传输根据全电流定律，源线圈周围产生的磁场应遵循以下公式:公式2-15J1-武汉理工大学报告“学科基础课程群设计”中源线圈的传导电流密度；源线圈的位移电流密度；源线圈周围产生的H1磁场根据电磁感应定律，接收线圈感应的电动势应遵循以下方程:方程2-2方程E2-接收线圈感应的电场强度；B12——源线圈和接收线圈之间铰链的磁场；μ0-真空渗透性J2 = γ E等式2-3等式2-3表示接收线圈中电场E和电流密度j之间的关系如果没有负载消耗能量，源线圈和负载线圈之间铰链的电磁能量通过使用矢量磁势来计算:W2 = ∫A12？在J2公式2-4中，W2——是源线圈和接收线圈交替振荡的磁场能量/电场能量；源线圈在接收线圈位置产生的A12矢量磁势源线圈和接收线圈之间的交流无功功率由公式2-4得出，如下所示:Q2= dW2/ dt=(∫A12？J2 dV)/ dt=d(i2？ψ 12)/dt公式Q2——在公式2-5中——接收线圈中包含的无功功率；源线圈和接收线圈的ψ12耦合磁通链当磁场是单频激励源时，功率表达式2-5简化为集中参数形式:Q = j？？M？公式2-6中的ω1-源线圈激励的磁场角频率变化；I1，2-源线圈和接收线圈的电流；线圈的磁场效应可以看作是两个线圈之间的互感。

耦合谐振系统的子参数包括线圈自感、互感、谐振电容、线圈电阻和消耗电能的负载电阻。