磁耦合諧振式無線電能傳輸節(jié)能裝置

任興寶 郭魯

沈陽工學院

磁耦合諧振式無線電能傳輸節(jié)能裝置

任興寶 郭魯

沈陽工學院

本文利用磁耦合諧振理論進行無線電能傳輸，同時采用超聲波測距的方式進行節(jié)能保護。掌握了電能傳輸?shù)淖罴丫嚯x，從而提高整個無線電能傳輸系統(tǒng)的效率，同時對無線電能傳輸有效的節(jié)能。

磁耦合諧振電路 無線電能傳輸裝置 超聲波測距

在無線電能傳輸過程中，為了達到電能傳輸?shù)淖罴褷顟B(tài)，可以通過修改發(fā)射部分和接收部分之間的距離來實現(xiàn)。通過顯示裝置調(diào)整好發(fā)射部分與接收部分間的最佳距離，可以達到提高無線電能傳輸?shù)男省?/p>

1 磁耦合諧振式電能傳輸工作原理分析及計算

基于磁場耦合諧振的無線電能傳輸裝置由高頻驅(qū)動電路、發(fā)射回路和接收回路構成，其中發(fā)射回路包括驅(qū)動線圈和發(fā)射諧振線圈，接收回路包括接收諧振線圈及負載線圈電路。發(fā)射線圈和接收線圈均為兩個固有諧振頻率相同的LC電路，當驅(qū)動信號頻率與線圈固有諧振頻率相同時，發(fā)射、接收線圈發(fā)生諧振，在磁場的作用下兩線圈之間產(chǎn)生很強的耦合，實現(xiàn)電能的無線傳輸，如下圖1所示就是本設計的簡化模型。

圖1 磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)簡化示意圖

磁諧振耦合無線電能傳輸系統(tǒng)主要由高頻驅(qū)動信號、驅(qū)動線圈、發(fā)射線圈、接收線圈、諧振電容和負載回路等構成。為簡化系統(tǒng)分析，僅對發(fā)生諧振耦合的發(fā)射和接收兩線圈進行等效分析。諧振耦合式電能無線傳輸系統(tǒng)等效電路模型如圖2所示，其中U為理想高頻信號源，頻率為分別為發(fā)射線圈、接收線圈在高頻下的電感量，分別是發(fā)射、接收線圈在高頻下的寄生電阻，分別為發(fā)射、接收線圈的匹配電容(線圈自身分布電容可以忽略不計)，RL為負載電阻，M為兩線圈之間的互感系數(shù)，D為兩線圈之間的距離。

圖2 磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)等效電路

負載電流有效值IL、輸出功率P0：

其中，P1為發(fā)射線圈上損耗的功率，P2為接收線圈上損耗的功率。

對于確定的磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)(諧振頻率ω0以及RS、RD、RL已定)，當系統(tǒng)的頻率ω變化時，傳輸效率η也發(fā)生變化。當系統(tǒng)的驅(qū)動信號頻率與線圈的諧振頻率相同即ω=ω0時，傳輸效率η最大；當系統(tǒng)的驅(qū)動信號頻率偏離線圈的諧振頻率時，傳輸效率逐漸下降。

2 磁耦合諧振式無線電能傳輸?shù)墓?jié)能保護的設計

本程序利用超聲波測距模塊，運用51單片機進行編程控制以顯示發(fā)射端與接收端的實時距離，以起到實時監(jiān)控無線傳輸電能動態(tài)的功能，當電壓、電流過大時，通過單片機控制，發(fā)射端電源斷電以起到保護電路的作用，當電壓、電流過小時，發(fā)射端電源也進行斷電工作，以實現(xiàn)節(jié)約環(huán)保的目的。

3 預測結果的比較和分析

分別對有節(jié)能保護裝置和無節(jié)能保護裝置的磁耦合諧振式無線電能傳輸裝置進行數(shù)據(jù)分析如下表1所示。

表1 測試結果（數(shù)據(jù)）

綜合上述兩種方法的分析，可以看出裝有節(jié)能保護裝置的磁耦合諧振式無線電能傳輸裝置的時間短、效率高的完成任務，能夠很好地滿足實際生產(chǎn)要求，可以給予磁耦合諧振式無線電能傳輸裝置提供有效的指導。

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郭魯