MCR-WPT四种经典传输结构的性能比较
0简介
无线功率传输（WPT）的概念可以追溯到19世纪后期。尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）引起了极大的关注，而没有任何电线连接[1]。 2007年，A.Kurs，A.Kracilis和其他人提出了一种新的无线电传输技术[2]，该技术再次引起了研究人员的注意。该技术使用线圈之间近磁场的磁共振耦合以传输电能。该系统构建的是磁耦合谐振无线电传输系统（MCR-WPT）。透明的非磁性疾病和小电磁辐射的优点主要用于电动汽车的充电应用[3]，消费电子[4]和人类植入医疗设备[5]。
作为限制电气传输的最直接机制，传输结构一直是值得人们研究的热点。尤其是当中间传输网络中的线圈数量不仅仅是一个接收无线电传输系统的单个传输单个的时间时，传输结束在传输网络中，继电器的传输结构的数量和接收端的增加增加了，并且增加。目前，传输结构越重要。对于不同的传输结构，文献[6]从系统的动态负载工作模式的角度以及系统稳定的频率电压特性分析了输出电压和负载电阻之间的关系。传输结构的系统具有更好的输出电压特性；文献[7]分别比较了4种传统传输结构的系统的总阻抗开yunapp体育官网入口下载手机版，发射环的电流和功率。研究物种传输结构的反射阻抗中不同传输结构的传输效率和功率，但是SS传输结构更适合于传输效率和功率文本中的高频和小负载系统。无线电传输系统中的传输效率和传输功率是系统性能的重要指标。研究这两个指标更一般，以便更全面地反映系统的性能。
本文基于由两个线圈（传输线圈和接收线圈）作为研究对象组成的WPT系统。 4个传输接收系统的传输功率和效率的理论分析和研究使用电路理论，并提出了全面的评估系统性能，并分析了不同模型的传输功率和效率的方法，以阐明不同结构对系统传输功率和效率。仿真和实验表明，串联系列（SS）更适合磁共振耦合无线电能传输系统。
1个两个线路WPT系统的等效电路
本文根据传输线理论[9]和集合参数电路的理论研究系统的电路模型。如图1所示，SS类型显示在LC接收端LC系列二级线圈WPT系统的LC系列中。连接序列（PS类型），并行平行（PP类型）。 RS和RL是电源当量的内部电阻和负载电阻。 R1和R2是每个电路线圈的内部电阻。在这里，电容器的损耗阻力被忽略，因为它通常比线圈的损耗小得多。圆形横截面绕线绕线电阻抗性电阻的计算公式如下：
其中，A，R，N，λ和ω0代表半径半径，线圈半径，线圈转弯，波长，共振角频率； μ=4π×10-7 h/m，σ= 5.88×107 s/m。
L1，L2和C1和C2分别是传输和接收端的线圈电感和调谐电容器。 M12是两个线圈之间的相互依赖感，可以通过Norotan公式找到。电路中每个电路的共振频率与棕色0一致，并且有
收入电路的电流分别为I1和I2。根据Kirhoff定律，可以获得系统电路方程：
2传输结构与传输效率，传输功率之间的关系
传输结构是磁性谐振无线电传输系统的重要组成部分。作为限制电气传输的最直接机制；应该将系统的传输功率和传输效率分析为传输结构。使用Agilent ADS软件模拟多个特定传输结构的传输效率和传输功率，选择仿真参数RL =20Ω，R1E = R2E =1Ω，L1 = L2 = L2 =43.7μH，F = 180 kHz，两行圆形间距设置为10厘米。
根据（5）和（6）的两种形式，传输功率的传输功率以及使用ADS软件的不同传输结构系统的传输效率和频率获得了传输结构系统的关系曲线，如图2所示。
从图2可以看出，在180 kHz频率点，SS传输功率和传输效率大于SP。随着频率的增加，SS的传输效率继续提高，SP的传输效率基本上在不同的频率点不变，并且基本上没有变化。传输功率变化相对较小； PP的传输功率和PP的传输效率大约达到了180 kHz的频率点的最大值，而SP和PS对系统的频率变化不敏感。因此压力系统。
3绩效评估方法
目前，有一些方法可以评估这四种经典传输结构性能，例如系统输出电压（实际上是传输功率）的文献[6]来确定传输结构的性能，而忽略了传输效率系统的系统。影响。文献[7]和[8]分别比较了系统的总阻抗和反射阻抗与相应系统的理想参数之间的关系的4个传输结构的性能。然而，本质的传输功率和传输效率是无线电传输系统的两个主要指标。在相同条件下，不同的传输结构基本上是不同的，并且它们的传输功率和效率基本上是不同的。如果仅使用这两个指标中的一个来评估系统的性能，通常并不能全面地反映系统的性能。如图2所示，图2中的SP和PS结构在180 kHz频率点处，SP传输功率大于PS传输功率，但是SP传输效率小于PS的传输效率。因此，有必要引入全面而全面的评估方法。这个小部分介绍了一种方法 - 研究系统全面性能的功效系数方法。这是一种全面的评估方法，它根据多目标计划和有效功能的原理将各种指标从不同的度量更改为相同的测量方法[11]。本文将传输功率和效率作为两个单项评估的积极指标。由于将其他指标与理论研究和实验验证中的其他指标进行了比较，因此这两个指标对系统性能的影响最大。因此是50％。
系统的全面性能评估得分是通过相应的重量的每个单个指标的评估得分的总和。全面的性能评估得分D格式如下：
其中，Ti，Ni，Si和αi是评估值，不可允许的值，满意度值以及评估指标的权重百分比，i = 0和1分别表示系统传输效率和传输功率值对应于每个参数。如表1所示，使用了评估指数的满意度和实验模拟的最佳值和最差值。
根据公式（5）〜公式（7）和表1，ADS模拟获得了SP，PP和PS传输结构下的频率和全面性能评估得分的数值模拟曲线，如图3所示。
从图3可以看出，当接收载荷相等时，在共振频点180 kHz时，SS传输结构的全面评估得分大于SP传输结构的99.688，表明在该SS传输处有SS传输共振频率的谐振频率点结构的无线电传输系统的全面性能优于SP传输结构的系统。与SS和SP传输结构的系统相比，结合每个传输结构的传输功率，不难看到PP和PS传输结构的系统性能远比SS和SP传输系统差得多结构。因此，SS传输结构更适合磁共振耦合无线电传输系统。
4大量方法模拟和实验结果
结合了值的上一节的结果，对4个传输结构进行了实验验证，本文使用了带有逆变器模块开yun体育官网入口登录app，GDS-2202数字存储示波器，线圈和可调节电容器的测试平台。
在实验中，两个线圈参数与用直径为1.5 mm的漆袋制成的圆形线圈相同。 ;两个线圈同轴放置。在实验中，RL =20Ω，vs = 5V。本文在确保电路以最大功率传输的条件下研究了不同传输结构与传输效率之间的关系。首先，进行SS和SP传输结构实验验证。将SS和SP的传输功率比设置为PSS/PSP。同样，PP和PS的传输功率比为PPP/PP。为了方便测试，在每个传输结构中，接收和接收线圈保持等效和同轴。
功率和电压P = U2/（2R）之间的关系。满足两个负载电压比：
比较了载荷电压波形如图4所示。从图4中可以得出结论，USS/USP> 1，UPS/UPP> 1，表明在比较每个负载电压时获得了SS的传输功率。 ，PS的传输功率大于PP的传输功率。本文尚未对两个线圈的耦合状态和噪声进行更具体的研究。在图中，PS波形中的疾病主要是由电源的高频噪声引起的，但最终的实验结果基本上不受影响。比PP和PS好。经过进一步的实验和计算，当系统的一系列不同的工作频率时，每个系统的综合性能评估得分的实验测量结果和理论值的比较如图5所示。从图5中可以看出。可以看到实验数据。它基本上可以匹配数值分析的结果。这种实验结果可以完全验证理论分析。当系统以180 kHz的共振频率工作时开元ky888棋牌官网版，系统可以实现最大功率传输。与不同传输结构相对应的系统的全面性能如下：DSS> dps> dsp> dpp。
5个结论
本文分析和研究了4个传输接收系统模型的传输功率和效率。同时，它提出了一种综合评估系统性能的方法，以比较和分析不同模型的传输功率和效率。通过数值模拟和实验结果，SS类型更适合于磁共振耦合无线电传输系统，而SS和SP的抗干扰性能优于PP和PS。
参考
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