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作者：张潇锐哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

无线电能传输技术(WPT)是近几年来比较活跃的研究方向,由于其便捷、高效、安全,有利于设备的可靠性与经济性,在消费电子、医疗电子、照明、交通运输等领域得到越来越广泛的应用。由于传统变压器模型不适用于无线电能传输系统,本文首先... 详细信息

无线电能传输技术(WPT)是近几年来比较活跃的研究方向,由于其便捷、高效、安全,有利于设备的可靠性与经济性,在消费电子、医疗电子、照明、交通运输等领域得到越来越广泛的应用。由于传统变压器模型不适用于无线电能传输系统,本文首先推导松耦合变压器的漏感模型和受控源模型,通过理论推导结合软件仿真,分析对比不同绕制方式、形状下的线圈参数,对不同松耦合变压器结构进行研究,考虑到实际应用背景,设计一个满足较大功率传输需求的、传输损耗较小的旋转式松耦合变压器,从而提升无线电能传输系统的整体性能。针对传统低阶补偿的缺点,本文将T电路与传统的串联补偿拓扑相结合,得到一种新的S/LCC补偿拓扑,该拓扑在T电路对称时具有全负载范围内的恒压输出特性。采用基波分析法研究S/LCC补偿拓扑的各性质,通过对对称T网络的不对称处理使电路在全负载范围内实现ZVS软开关,最后探讨高次谐波对电路的影响。为了提高系统输出精度,实现负载恒压输出,本文对Buck电路进行小信号建模分析,在松耦合变压器后级采用连续模式的Buck DC-DC变换器,采用数字控制方式对后级Buck电路进行输出恒压闭环控制,利用PI补偿方法,补偿、调整系统的动态以及稳态性能,调节负载输出电压恒定,从而实现闭环控制。最后,根据理论计算与仿真结果,搭建功率为200W的无线电能传输系统样机,传输距离为5cm,效率达到82%。

关键词：无线电能传输松耦合变压器 S/LCC补偿拓扑数字闭环控制

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电动汽车无线充电补偿网络输出特性研究

电动汽车无线充电补偿网络输出特性研究

作者：王换民西安理工大学

学位级别：硕士

为缓减石油资源短缺和环境污染严重的双重压力,发展新能源汽车已成为国家实现可持续发展、节能减排和自主创新的战略需求。对于电动汽车走向市场的挑战,电动汽车充电技术已成为制约未来新能源汽车发展的关键。目前,电动汽车充电主要是... 详细信息

为缓减石油资源短缺和环境污染严重的双重压力,发展新能源汽车已成为国家实现可持续发展、节能减排和自主创新的战略需求。对于电动汽车走向市场的挑战,电动汽车充电技术已成为制约未来新能源汽车发展的关键。目前,电动汽车充电主要是集中式换电站、分布式充电桩等传统接触式充电方式。无线电能传输技术作为新能源汽车的一种新型充电方式,具有安全、可靠、灵活性高等优点,受到国内外学者越来越多的关注,具有良好的市场应用发展前景,给电动汽车的发展带来了新的机遇。本文基于感应耦合式无线电能传输原理,对驻车无线充电补偿网络输出特性进行理论研究并进行相应的实验分析。论文主要从以下几方面进行了研究:本文首先介绍了课题研究背景和意义,分析比较目前电动汽车无线电能传输技术实现方式,根据电动汽车无线充电研究热点和国内外研究现状总结了电动汽车无线充电目前存在的问题。其次分析比较无线电能传输电路四种基本补偿拓扑及S-LCC、LCL-S复合型补偿拓扑的输出电流、电压增益及原边等效输入阻抗特性。在此基础上基于蓄电池负载特性,分析蓄电池充电方式,构建蓄电池模型,提出SP-SSP混合补偿拓扑,分析其恒流恒压输出原理,通过仿真分析可以考虑将该混合补偿拓扑应用于电动汽车蓄电池恒流恒压充电电路中。然后推导了S-P及S-SP补偿电路传输功率、效率表达式,主要分析了谐振变换器工作频率、等效负载、互感及传输距离对S-P及S-SP补偿电路传输功率、效率的影响,为无线充电电路参数设计提供了理论支撑;分析谐振电容参数灵敏度,为试验中配置谐振电容提供了理论指导;在对电路功效分析的基础上利用效能积方法优化S-SP补偿电路互感参数,使无线充电电路传输功率及效率达到全局最优设计,为提高电动汽车感应耦合无线充电电路传输功率、效率和参数设计提供了参考。最后绕制松耦合变压器并搭建硬件实验平台,并对S-P及S-SP补偿电路特性进行实验分析。在松耦合变压器原副边间距100mm条件下,通过副边等效负载突变试验可以看出S-P、S-SP补偿电路可以实现恒流、恒压输出,分析电路传输功率和效率随等效负载变化的关系,实验验证了电动汽车无线电能传输补偿网络输出特性和功效特性理论仿真分析的可行性。

关键词：无线充电电动汽车补偿拓扑松耦合变压器

基于双边LCC拓扑结构的电动汽车无线充电系统设计

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基于双边LCC拓扑结构的电动汽车无线充电系统设计

作者：刘克诚青岛科技大学

学位级别：硕士

与传统有线充电方式相比,无线充电方式大幅提升了电动汽车充电的便捷性与安全性。本文的研究目的是针对电动汽车设计一套无线充电系统,充电的方式采用锂电池充电常用的先恒流再恒压充电方式。为此,本文主要做了以下工作:首先,分析了无... 详细信息

与传统有线充电方式相比,无线充电方式大幅提升了电动汽车充电的便捷性与安全性。本文的研究目的是针对电动汽车设计一套无线充电系统,充电的方式采用锂电池充电常用的先恒流再恒压充电方式。为此,本文主要做了以下工作:首先,分析了无线充电系统的基本原理,采用电路理论建模方式建立了松耦合变压器漏感模型与松耦合变压器互感模型来对不同的补偿结构进行输出特性对比分析,确定了本设计选用双边LCC拓扑结构作为谐振电路,并对其恒流输出和恒压输出特性及其条件做出公式推导。其次,借助MAXWELL软件对松耦合变压器进行仿真设计。在线圈结构的设计上,考虑实际汽车底板的距离地面高度与空间大小选择平面环形线圈作为松耦合变压器结构;考虑到系统的工作频率较高,选择利兹线绕制线圈以减小趋肤效应的影响;对于磁芯的设计,在综合对比四种主流磁芯材料的磁导率、电阻率等性能以及成本之后,选择铁氧体作为磁芯材料,并设计三种不同的磁芯结构进行仿真对比,最终选择了文中提到的C型结构;通过分析屏蔽板的材料与厚度对汽车底盘上方区域的磁感应强度的影响设计了一款屏蔽板。针对文中提到的C型结构分析了两线圈相对位置的变化对松耦合变压器的互感的影响。再次,对电动汽车锂电池进行了特性分析,结合的前面工作成果,对补偿电路的参数进行设计,给出了针对双边LCC补偿结构的参数设计流程,并借助PSPICE软件进行仿真验证参数的准确性。随后对该系统进行了传输特性分析,并借助MATLAB绘制了系统阻抗、系统传输效率和系统输出功率与输入电压和负载阻值等参数的三维曲面关系图。最后,给出了基于双边LCC补偿结构的无线充电系统的整体结构,并对高频逆变模块、高频整流模块、隔离驱动模块和信号采集调理模块进行电路设计。又给出系统工作频率的切换控制策略,并借助SIMULINK软件进行仿真验证,证明本设计可实现对电动汽车锂电池实现以先恒流再恒压方式进行无线充电,且系统整体效率最低时不小于80%。

关键词：无线充电恒流-恒压充电松耦合变压器双边LCC补偿网络

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中功率无线充电系统的研究与设计

中功率无线充电系统的研究与设计

作者：李波厦门理工学院

学位级别：硕士

无线充电技术是一种采用非电接触的方式将能量从一侧传递到另一侧的新型供电技术,它可以减少线路资源的浪费,避免电源接口暴露在外所引发的安全事故,具有广阔的应用前景。本文将采用磁耦合谐振的方式设计一款最大输出功率可以达到100W... 详细信息

无线充电技术是一种采用非电接触的方式将能量从一侧传递到另一侧的新型供电技术,它可以减少线路资源的浪费,避免电源接口暴露在外所引发的安全事故,具有广阔的应用前景。本文将采用磁耦合谐振的方式设计一款最大输出功率可以达到100W的中功率无线充电系统,并对提高系统的传输效率和传输距离展开研究,内容包括系统的理论分析与计算、系统电路的设计与软件编写、线圈仿真和最终的实验测试等环节,主要工作如下:第一,对磁耦合谐振式无线充电系统的工作原理进行深入分析。首先通过耦合模理论得到系统能量的耦合过程;然后利用等效电路的方式对系统传输过程进行等效计算,得到系统参数在一定范围内变化时,无线充电系统会出现频率分裂现象,并得出分裂频率的变化情况,最后分析线圈耦合系数与输出负载变化时,系统传输效率的变化趋势。第二,根据系统设计的要求,设计发射端与接收端的硬件电路,绘制系统的原理图与PCB,并进行打板、焊接与调试,验证系统的整流电路、稳压电路、逆变电路和采样电路是否工作正常,其中接收端采用同步整流和同步降压电路来降低系统工作时的能量损耗;发射端与接收端采用射频的方式进行通信,比传统的载波通信方式更为稳定,迅速。第三,根据系统线圈电感的需求,完成松耦合变压器参数的设计。通过Maxwell仿真设计自感相同,参数不同的线圈模型,分析线圈间距改变时,耦合系数的变化情况。实际绕制不同设计参数的线圈模型进行测试,在线圈自感保持恒定时,增大线圈的线经和内径可以提高线圈间的耦合系数,并减缓线圈间距增大时耦合系数的下降趋势。第四,发射端与接收端硬件电路的实验测试。改变输出负载和线圈间距的大小,测试系统在不同工作频率下的传输效率。随着系统工作频率的增加,传输效率会显著增大,当工作频率在固有谐振频率附近时,传输效率达到最大。当输出负载和线圈间距均较小且系统工作在固有谐振频率附近时,最大输出功率显著降低,系统发生频率分裂现象。测试系统使用设计参数不同的线圈时对应的传输效率,其中增大线圈的线经和内径可以提高系统的传输效率和传输距离。根据测试结果找到一种系统工作频率的调整方法,将系统最开始的工作频率定为一个高于固有谐振频率的值,然后根据接收端整流电压的大小判断工作频率是向固有谐振频率靠拢还是远离。编写系统负载检测与能量传输阶段的程序,并进行系统软件与硬件的联合测试。最终系统在内径为25mm的线圈下,能量的有效传输距离可以达到20mm,输出功率在100W的范围内变化时,系统传输效率为77%以上,其中最大传输效率可以达到87.4%,实现了提高系统能量传输效率和距离的目的。

关键词：磁耦合谐振无线能量传输频率分裂松耦合变压器

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无接触电能传输中最大功率点的控制的研究

无接触电能传输中最大功率点的控制的研究

作者：李正中重庆大学

学位级别：硕士

无接触电能传输系统综合运用电磁感应耦合技术、高频变换技术以及电力电子等高新技术,安全、可靠、高效、灵活地实现了电能的无接触传输,克服了传统的电能传输中的诸多不足,开创了能量传输的新方法。本文首先介绍了以ICPT技术为基础的... 详细信息

无接触电能传输系统综合运用电磁感应耦合技术、高频变换技术以及电力电子等高新技术,安全、可靠、高效、灵活地实现了电能的无接触传输,克服了传统的电能传输中的诸多不足,开创了能量传输的新方法。本文首先介绍了以ICPT技术为基础的非接触式电源的原理、基本结构与发展现状,对非接触式电能传输系统的关键部件松耦合变压器的实现结构进行了分析,在常规变压器的数学模型的基础上推导出松耦合变压器的数学模型,导出其关键参数的计算方法。对松耦合变压器的磁路进行分析,针对其磁路磁阻大、耦合率偏低的特点,为了获得最大的电能传输效率,我们对松耦合变压器的原、副边相对位置不同时进行了ANSYS数学仿真,找出了变压器结构与电能传输效率的关系,为松耦合变压器的研制提供了理论指导。采用基波模式分析与互感模型分析相结合的方法,建立了新型无接触供电系统模型,分析了变频控制下系统的稳定性,给出各种初、次级补偿拓扑下的稳定边界条件。通过理论分析和仿真相结合,研究了各种次级补偿方法的适用性以及各种初级谐振补偿方法对初级供电的影响,得出了不同情况下最为有效的初、次级补偿方法。为了减小系统的损耗,提高电能传输效率,文中采用了全桥谐振式逆变器,在合理设计电路参数的情况下,该电路能实现零电压、零电流软开关,降低了对功率器件的电流与电压冲击,有效地减小了电路损耗,提高了系统效率,在MATLAB中对其工作性能进行的仿真验证了该种控制方法能有效地提高系统的电能传输效率。

关键词：无接触电能传输松耦合变压器初、次级补偿串联谐振逆变器

电动汽车无线充电副边控制策略及输出特性研究

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电动汽车无线充电副边控制策略及输出特性研究

作者：陈敬西安理工大学

学位级别：硕士

随着电动汽车的广泛应用,电池的续航力成为影响电动汽车的关键,电动汽车的充电方式也成为国内外学者研究的热点。而无线充电技术由于其充电安全可靠、携带方便、重量较轻、开关磨损小等优点,被国内外众多学者研究应用于新能源汽车中,为... 详细信息

随着电动汽车的广泛应用,电池的续航力成为影响电动汽车的关键,电动汽车的充电方式也成为国内外学者研究的热点。而无线充电技术由于其充电安全可靠、携带方便、重量较轻、开关磨损小等优点,被国内外众多学者研究应用于新能源汽车中,为电动汽车提高续航力开辟新途径。本文主要工作是基于感应耦合式无线电能传输技术,结合补偿网络输出与DC-DC电路采用滑模控制,使得输出保持稳定:并对松耦合变压器进行优化,提高其传输能效。具体从以下几个方面展开研究:首先,介绍了无线电能传输的背景意义及国内外研究现状,详细介绍了无线电能传输的传输方式及电动汽车无线充电的充电方式,分析影响电动汽车的无线充电的关键点。其次,介绍了无线充电常用的四种基本补偿拓扑与基于此提出的其他混合补偿拓扑,详细对比了SS、SP、SSP三种补偿拓扑在不同工况下的输出特性,得出SSP拓扑更适合电动汽车无线充电,确定主电路采用SSP补偿拓扑;进一步推导SSP补偿拓扑的输出能效与互感、谐振频率的关系,分析参数变化对输出能效特性的影响;仿真验证SSP在不同负载条件下具有恒压输出特性。再次,针对蓄电池建立等效模型,分析其充电方式;推导SSP补偿拓扑输出与Buck-Boost电路占空比关系,确定调节占空比可改变SSP输出;针对松耦合变压器漏感大输出容易受距离扰动影响的问题,对Buck-Boost电路采用滑模控制,使得松耦合变压器输出扰动时Buck-Boost电路可稳定输出:仿真验证了采用滑模控制可实现恒流恒压稳定输出。然后,针对现有的平面U型变压器的磁芯结构和绕线方式,对其进行优化改进以提高松耦合变压器耦合系数;对三种变压器进行耦合系数定量分析,理论与仿真分析原副边线圈相对位置变化时耦合系数的变化规律,得出加入磁芯后的松耦合变压器聚磁能力增强,可提高输出能效,并在此基础上加入辅助绕组与副边线圈共同输出,提高线圈横向位置变化时的输出能效,仿真与理论相一致。最后,实验验证了加入滑模控制可实现松耦合变压器相对位置变化时输出电压与电流稳定;在平面U型的基础上改进变压器结构,对比两种变压器输出,并绕制辅助绕组,分析线圈相对位置变化时的输出特性,实验验证加入磁芯的新型松耦合变压器可提高输出能效。

关键词：无线充电补偿拓扑滑模控制松耦合变压器耦合系数

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旋转部件数据采集关键技术研究

旋转部件数据采集关键技术研究

作者：马哲哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

当前旋转部件进行信号采集最常用方法是拉线式、水银式和电刷式集流器,它们都是基于有线连接的数据传输方式,在使用时存在弊端。现在随着近距离无线通信技术的迅速发展,将无线遥测技术应用于旋转体信号采集已成为趋势。论文首先采用CR... 详细信息

当前旋转部件进行信号采集最常用方法是拉线式、水银式和电刷式集流器,它们都是基于有线连接的数据传输方式,在使用时存在弊端。现在随着近距离无线通信技术的迅速发展,将无线遥测技术应用于旋转体信号采集已成为趋势。论文首先采用CRC差错检测方法,对原有算法进行优化改进,在提高检错率减少误码率的同时,大大减少了这种算法所占用的系统资源空间,确保接收模块接收到的数据真实反映旋转体的参数状态。其次,本文选用了一款低功耗微控制器芯片MSP430F149,从DDS调频原理入手,采用AD9954芯片完成了信号的2FSK调制,选用了CXA1691作为高频信号解调部分的核心芯片。再次,制定了通信方案,设计了硬件电路,进行了编程与调试,并在硬件与软件上做了抗干扰设计。最后,本文分析了感应式电能传输系统中松耦合变压器的性能及补偿技术,设计了一种铁氧体磁芯的松耦合变压器,通过实验验证了工作频率与补偿电容对松耦合变压器性能的影响。实验证明,本文工作针对无线数据遥测系统研究进行了一项有意义的探索。

关键词：无线通信 CRC差错检测法 DDS 松耦合变压器

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非接触式手机充电系统关键问题研究

非接触式手机充电系统关键问题研究

作者：赵建文河北工程大学

学位级别：硕士

人们日常使用的电子产品(如手机、相机、MP3等),无一例外都需要充电。传统的充电方式采用引线充电,通常一个电子产品配备一个充电器,使得每个家庭有多个充电器堆积;同时,引线充电还必须在电子设备上留有专用的充电接口,每次充电直接插... 详细信息

人们日常使用的电子产品(如手机、相机、MP3等),无一例外都需要充电。传统的充电方式采用引线充电,通常一个电子产品配备一个充电器,使得每个家庭有多个充电器堆积;同时,引线充电还必须在电子设备上留有专用的充电接口,每次充电直接插拔充电器,极易引发电火花、接口损坏等问题。非接触感应充电由于充电器与待充电子产品之间没有接点,不会产生电火花,也无需担心接点的耐久性、接触不良、短路以及因进水等导致的漏电现象。选择非接触感应充电技术作为研究课题,其研究成果将带来良好的社会意义。本课题主要研究内容如下:首先,本文设计了一种符合Qi标准的松耦合变压器,其耦合能力取决于耦合系数K值的大小;利用Maxwell软件建立松耦合变压器仿真模型,分析线圈匝数、线圈直径、线圈间距、线圈偏移量、屏蔽体形状、厚度以及屏蔽体与线圈之间的距离对耦合系数K的影响。其次,对松耦合变压器的互感模型进行了谐振补偿,理论分析8种初、次级谐振补偿电路,推导出补偿电容公式,通过对比负载获得功率的大小,选择最适合本系统的补偿方式,从而优化电路性能,提高系统的传输效率。最后,利用Simulink软件搭建系统仿真电路,对系统主电路进行仿真,得到系统输出仿真波形,形象直观地显示电流与电压之间的关系。最后通过理论研究与仿真分析,验证了输出电压与输出电流符合本设计的要求。

关键词：非接触感应充电松耦合变压器 Maxwell Simulink 谐振补偿

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非接触电能传输系统的研究

非接触电能传输系统的研究

作者：赵勋范山东大学

学位级别：硕士

非接触电能传输技术（Contactless Power Transfer Technology,简称CPT技术）作为一个新兴的电能传输技术,它通过电磁耦合原理来进行电能的传输,近年来广泛受到人们的关注。非接触电能传输技术是一项综合电力电子技术、变频技术和控制... 详细信息

非接触电能传输技术（Contactless Power Transfer Technology,简称CPT技术）作为一个新兴的电能传输技术,它通过电磁耦合原理来进行电能的传输,近年来广泛受到人们的关注。非接触电能传输技术是一项综合电力电子技术、变频技术和控制技术的技术。随着电力电子技术的发展,人们对非接触电能传输技术的研究也在加深,应用非接触电能传输技术来进行电能传输的成果也越来越多。与传统的电能传输技术相比,非接触电能传输不需要经过导线来进行电能的直接传输,避免了导线老化、接触火花等问题的出现,保证了非接触电能传输技术较高的安全性。随着各个领域对非接触电能传输技术越来越多的需求,此项技术也越来越成为研究的热点。论文首先介绍了非接触电能传输技术的概况和研究的现状,又给出了本课题研究目的、意义和所要研究的内容。同时也介绍了非接触电能传输电路的原理和组成,并对各个组成部分进行了简单的介绍。论文基于松耦合变压器的模型,给出了松耦合变压器两种模型,即互感模型和漏感模型,推导出耦合变压器在各个模型下的计算公式,并给出了两种模型变压器参数之间的关系。针对松耦合变压器漏感较大,互感系数较低,给出了电路的几种补偿模式,并针对四种常用的补偿模式下的电容的计算给出了相应的推导。针对电路的控制方法,介绍了能量注入和自由谐振相结合的电路控制方法,并分析了此种控制方法下谐振频率的计算方法。由此引出了频率分又现象并进行了相应的分析,给出了分叉频率对系统设计时的指导作用。在以上的基础上,给出了在理论计算时,能量注入模式下电路频率的计算方法。针对电阻变化时,对系统输出参数的影响进行了分析,并给出了电路的输出特性相应的曲线。最后,论文建立了系统模型,并用Ansoft和PSIM软件进行了相关的仿真分析,研究了电路相关的波形和参数。并根据相关的研究结果,制作出实际的实验模型,并进行相应的实验,验证相关的理论计算和仿真的结果。

关键词：非接触电能传输技术松耦合变压器能量注入法分叉频率补偿模式

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轨道交通无接触供电磁路耦合环节研究

轨道交通无接触供电磁路耦合环节研究

作者：付纯菲西南交通大学

学位级别：硕士

城市交通拥堵不堪和空气污染日益严重成为当今社会难以避免的问题,为改善这些问题,城市公共交通事业得到了迅猛的发展。现代有轨电车造价低、无排放、噪声小等优点,正在全世界范围兴起。采用储能新能源、第三轨供电和无接触感应供电... 详细信息

城市交通拥堵不堪和空气污染日益严重成为当今社会难以避免的问题,为改善这些问题,城市公共交通事业得到了迅猛的发展。现代有轨电车造价低、无排放、噪声小等优点,正在全世界范围兴起。采用储能新能源、第三轨供电和无接触感应供电,可取消接触网,减小对城市景观环境的影响,是现代有轨电车发展的趋势。无接触感应供电可以通过电磁感应将电能传到车上供车辆使用,安全可靠,是一种非常有前途的供电方式。本论文以现代有轨电车无接触供电系统为对象,对其核心松耦合变压器的优化设计开展研究。首先,根据轨道交通的背景理论分析电磁感应松耦合的三种结构,选择原边无磁芯副边有磁芯的结构。以互感电路模型为基础选择串联电容谐振原副边电感的方式改善传输效率。分析知道效能积指标下虽然能得到最优耦合参数,但是从长远效益来看,通过改变互感、开关频率和输入电压得到较高的传输效率才是最重要的指标。然后,根据感应供电的频率范围选择铁氧体作为磁芯。利用Maxwell Anson电磁仿真软件分析磁芯形状,原副边位置和距离,原副边绕制方式等因素对互感的影响。选择原副边等长的相对静止的情况作为实验模型的基础。兼顾经济方便仿真推算得到最终实验模型和数据。最后,搭建实验模型,测量电感并计算谐振电容。依照实验参数分别用Simplorei、 Ansoft联合仿真得到的仿真波形,Matlab仿真得到仿真效率。得到的实验结果和仿真波形,仿真效率和理论效率基本相符。验证了理论分析和仿真分析的正确。

关键词：城市轨道交通无接触电能传输松耦合变压器优化仿真