无线电能传输(Wireless Power Transfer,以下简称WPT)技术在医疗、家用电器、电动汽车及矿山煤井油田作业等供电领域有着传统接触式电能传输方式所不可替代的优势。基于电磁感应原理的感应式WPT技术,因其原理简单、工作频率低、传输效率高而成为目前WPT领域的一个研究热点。鉴于原、副边之间相对位置不固定,感应式WPT系统在工作时将面临非接触变压器感量、耦合系数等参数的变化。结合负载的变化,如何保证大范围参数变化的工作条件下系统输出的稳定可靠成为目前感应式WPT技术中亟待解决的关键问题。本文对感应式WPT技术领域在变参数工作条件下的国内外研究成果进行了详细的研究和分析,指出补偿网络的优化是改善WPT系统变参数敏感性的有效方法。论文综合考虑负载及非接触变压器参数变化的影响,对变参数条件下感应式WPT系统的补偿技术开展了深入研究,旨在提出合适的补偿网络,以降低系统输出对参数变化的敏感度、减小变参数下输出的波动范围,简化系统的控制复杂度、提高系统的可靠性。本文主要研究工作如下:1.提出了变参数场合适用的两种新型补偿网络。针对感应式WPT系统中的已有补偿网络,分析了变参数下的输出特性,并结合输入特性,给出实现输出波动小、传输效率高的补偿网络的优化目标。在此基础上,引入合适的非接触变压器分析模型,分别提出了适于电压源型逆变器的原边串联/副边串-并联(series/series-parallel,S/SP)补偿及电流源型逆变器的原边并-串联/副边串联(parallel-series/series,PS/S)的新型补偿网络。忽略线路阻抗的影响,这两种补偿网络在谐振工作条件下可同时实现增益固定、增益数值与负载及非接触变压器的可变参数无关、输入阻抗相角为零的优化目标。2.考虑失谐条件,给出了新型补偿网络输出特性对参数变化不敏感的定量证明。以耦合系数为参变量,给出非接触变压器参数的通用描述方法。以此为基础,针对S/SP补偿及PS/S补偿的非接触谐振变换器,应用敏感度分析方法,得出两种补偿各自对应的变参数敏感度(特别是变耦合敏感度)的显式解。将它们与现有其他常用补偿网络进行比较,证明了S/SP补偿的及PS/S补偿的输出对参数变化不敏感的特性。通过仿真和实验验证了新型补偿的有效性及理论分析的正确性。3.研究了新型补偿网络的参数设计方法。以S/SP补偿的非接触谐振变换器为例,研究了其频率分叉现象,指出由于其不可避免会存在多个输入阻抗角为零的频率点,宜采用定频控制策略。分析了输出增益特性、输入阻抗特性和效率特性,给出了变参数条件下实现输出平坦、软开关和高效率的约束条件,及完全补偿位置和工作频率的选取原则。基于此,建立完整的系统设计流程,搭建了一台1.5 kW定频控制的S/SP补偿非接触谐振变换器的原理样机,实现了高达95.2%的系统传输效率,且当耦合系数变化量达200%时全负载范围内输出电压波动均小于5%,实现了大范围参数变化时的输出稳定和高效率。4.提出了一种谐振变换器的时域分析方法。同样以S/SP补偿的非接触谐振变换器为例,研究当主要波形谐波含量较大、导致谐振变换器中常用基波分析方法误差较大时谐振变换器的分析方法。考虑谐波影响推导了基波及谐波下通用的谐振网络等效电路,建立了谐振网络中关键波形的定量表达式和变换器输出增益的精确结果,指出了基波分析方法的误差及误差产生原因。为高阶谐振变换器提供了一种结果精确、且过程简单的分析方法。通过实验验证了分析方法的正确性。5.揭示了新型补偿网络输出波动小的本质原因。对补偿网络提出了新的分类方法,对各类补偿网络的输出特性进行了系统的分析、归纳和比较,揭示了S/SP补偿和PS/S补偿在变参数条件下输出波动小的本质原因是存在工作点可同时实现输出增益与负载及耦合均无关,并能工作在输出相对耦合变化的非单调区间。为补偿网络的优化提供了一种新的研究思路。