1、實用標準文案實驗報告1. 實驗原理與無線通信技術一樣擺脫有形介質的束縛，實現電能的無線傳輸是人類多年的一個美好追求。無線電能傳輸技術（WirelessPower Transfer,WPT）也稱之為非接觸電能傳輸技術（ Contactless PowerTransmission, CPT ），是一種借于空間無形軟介質（如電場、磁場、微波等）實現將電能由電源端傳遞至用電設備的一種供電模式，該技術是集電磁場、電力電子、高頻電子、電磁感應和耦合模理論等多學科交叉的基礎研究與應用研究， 是能源傳輸和接入的一次革命性進步。無線電能傳輸技術解決了傳統導線直接接觸供電的缺陷， 是一種有效、安全、便捷的電能傳輸

2、方法， 因而它被美國 技術評論 雜志評選為未來十大科研方向之一。該技術不僅在軍事、航空航天、油田、礦井、水下作業、工業機器人、電動汽車、無線傳感器網絡、醫療器械、家用電器、 RFID識別等領域具有重要的應用價值，而且對電磁理論的發展亦具有重要科學研究價值和實際意義。 在中國科協成立五十周年的系列慶祝活動中，無線能量傳輸技術被列為“ 10 項引領未來的科學技術”之一。到目前為止， 根據電能傳輸原理， 無線電能傳輸大致可以分為三類： 感應耦合式、微波輻射式、磁耦合諧振式。作為一個新的無線電能傳輸技術，磁耦合諧振式是基于近場強耦合的概念， 基本原理是兩個具有相同諧振頻率的物體之間可以實現高效的能量交

3、換，而非諧振物體之間能量交換卻很微弱。磁耦合諧振式無線電能傳輸的傳輸尺度介于前兩者之間， 因此也被稱之為中尺度（ mid-range ）能量傳輸技術，其尺度為幾倍的接收設備尺寸（可擴展到幾米到幾十米）。除了較大的傳輸距離， 還存在以下優勢： 由于利用了強耦合諧振技術， 可以實現較高的功率（可達到 kW）和效率；系統采用磁場耦合（而非電場，電場會發生危險）和非輻射技術，使其對人體沒有傷害；良好的穿透性，不受非金屬障礙物的影響。因此該技術已經成為無線電能傳輸技術新的發展方向。精彩文檔實用標準文案基于磁耦合諧振技術的無線電能傳輸技術主要利用的是近場磁耦合共振技術，共振系統由多個具有相同本征頻率的物體

4、構成， 能量只在系統中的物體間傳遞，與系統之外的物體基本沒有能量交換， 在達到共振時， 物體振動的幅度達到最大。基于磁耦合諧振技術的無線電能傳輸系統一般由高頻發射源、 發射系統、接收系統、負載等部分組成， 其中發射系統和電磁接收系統， 是無線電能傳輸系統的關鍵部分。其典型模型如下圖所示。 由下圖可知發射系統包括勵磁線圈和發射線圈， 它們之間是通過直接耦合關系把能量從勵磁線圈傳到發射線圈， 勵磁線圈所需能量直接從高頻電源處獲得。 電磁接收系統包括接收線圈和負載線圈， 它們之間也是通過直接耦合關系把能量從接收線圈傳到負載線圈。 發射線圈與接收線圈之間通過空間磁場的諧振耦合實現電能的無線傳輸。目前國

5、內外的學者多利用 “耦合模” 理論對磁耦合諧振技術的無線電能傳輸技術進行分析，并得到能量高效傳輸的必要條件 13 ：發射線圈和接收線圈的固有諧振頻率相同，并具有較高的品質因數；雖然“耦合模” 理論對無線電能傳輸技術基本原理進行了解釋， 但是在涉及具體電路及其參數的設計問題上 “耦合模” 理論也有一定的局限性， 因此本文利用互感理論來進一步分析問題，尤其是利用該方法在參數設計方面進行探索。基于磁耦合諧振技術的無線電能傳輸系統的等效電路模型如下圖所示，勵磁線圈由激勵源 （高頻功放） VS和單匝線圈組成， 負載線圈由單匝線圈和負載組成，發射和接收線圈均由具有相同諧振頻率的多匝線圈組成。在系統設計時為

6、了精彩文檔實用標準文案降低設計的復雜性， 將發射和接收線圈設計成相同的尺寸和機械結構， 因此，兩線圈的等效參數可認為是一致的。上圖中激勵源內阻為 RS，負載電阻為 RL；L1、L2、L3、L4分別為勵磁線圈射線圈、接收線圈和負載線圈的等效電感； C1、C2、C3、C4分別為勵磁線圈、發射線圈、接收線圈和負載線圈的等效電容； RP1、RP2、RP3和RP4分別為勵磁圈、發射線圈、接收線圈和負載線圈內由于趨膚效應等因素產生的損耗電阻；Rrad1 、Rrad2 、Rrad3 、 Rrad4 分別為勵磁線圈、發射線圈、接收線圈和負載線圈的輻射等效電阻。將勵磁線圈的電路反射到發射線圈，相當于發射線圈中加

7、入一個感應電動勢；而將負載線圈反射到接收線圈相當于接收線圈增加了一個反射阻抗，其等效電路如下圖所示。設流過發射線圈和接收線圈的電流分別為I 、I，方向12如下圖所示。根據基爾霍夫電壓定律（KVL），精彩文檔實用標準文案上圖為無線電能傳輸系統的簡化電路。由此圖可推導出：2. 實驗步驟a. 在印刷電路板上繞制所需電感線圈 ( 發射極 )b測量所繞制的電感線圈的電感值Lc根據所測得的 L值，初定角頻率 w，并計算出匹配電容的理論值C0 。d根據匹配電容的理論值C0 匹配電容組合，并通過比對示波器上的電壓電流波形，確定匹配電容的實際值C。3. 實驗過程及數據精彩文檔實用標準文案先將導線繞入印刷電路板，

8、 然后用透明膠粘好， 使導線位置固定， 然后除去兩頭導線的絕緣層，測量其電感值，如下圖所示：得出所繞制的電感線圈的電感穩定值為1.61uH由w2CL=1可知，定 f=200KHz，所以 w=1256.64 rad/s,所需匹配電容的值為： C0=393nF精彩文檔實用標準文案如上圖，根據計算的理論電容值， 匹配組合出實際電容值， 并通過對比電流、電壓波形，對實際的匹配電容值進行微調。 微調直至匹配電容值相應的電流、 電壓波形同相。根據示波器的波形，可以認定匹配電容值達到要求，實際值 C實際 =357nF 根據接收端電路諧振理論電容，微調電容使接收端電路達到諧振狀態。接收端線圈電感為 1 uH，

9、由上公式 錯誤！未找到引用源。 LC=1可算得，接收端電容理論值為 C=633nF。實際微調至 C=720nF時接收端電路電壓電流同相，達到諧振狀態。將匹配好的發射端電路連接至電源， 接收端電路與負載相連。 因為我們制作的電感太小， 導致耦合系數太小， 而且實驗條件有限， 我們所做實驗的負載為小燈泡。當電源打開時， 負載端的電壓電流很小， 只能觀察到小燈泡及其微弱的亮光。4. 實驗感想1. 由于前期的理論準備不充分， 和對課程設計的實驗具體過程不熟悉， 導致實際進行實驗操作時，很多所需實驗數據都需要花費實驗時間計算。2. 前期制作電感線圈所花費的時間很長，是因為我們的動手操作能力不足，也是相關