DIY 磁耦合諧振式無線電力傳輸實(shí)驗(yàn)

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1、DIY磁耦合諧振式無線電力傳輸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．了解磁耦合無線電力傳輸?shù)幕驹恚?．自組裝和調(diào)試磁耦合式無線電力傳輸系統(tǒng)；3.探索頻率和距離對(duì)無線電力傳輸?shù)挠绊懚?、?shí)驗(yàn)方法1．確定LC電路的共振頻率以下為確定LC電路的共振頻率的幾種方法，任選其中一種。方法一：利用實(shí)驗(yàn)室提供的LC電表分別測(cè)量線圈的電感和電容，然后利用公式（1）計(jì)算共振頻率。方法二：如果線圈繞線比較規(guī)則，可以利用實(shí)驗(yàn)室提供的工具測(cè)量銅線的直徑、線圈直徑等參數(shù)，然后利用公式（3）計(jì)算線圈的電感，最后利用公式（1）計(jì)算共振頻率。方法三：利用信號(hào)發(fā)生器和示波器觀察LC電路的充放電過程，測(cè)量其共振頻率，具體方法參考實(shí)驗(yàn)十七R

2、LC串聯(lián)電路的暫態(tài)過程。三、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．研究工作頻率對(duì)電力傳輸效率的影響按照下圖在九孔面包板上完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的連接。ER直流電源100?振蕩電IRF840C1C2100?開關(guān)電路發(fā)射電路接收電路固定接收線圈與發(fā)射線圈的距離，如5厘米。改變工作頻率，利用示波器測(cè)量接收電路的信號(hào)幅度和頻率，完成如下表格并繪制幅度-頻率曲線。表1接收信號(hào)幅度與頻率關(guān)系頻率(kHz)幅度(V)2．研究無線電力傳輸?shù)木嚯x對(duì)傳輸效果影響調(diào)節(jié)R1的大小使得電路工作在共振頻率之下，改變接收線圈與發(fā)射線圈的距離，利用示波器測(cè)量接收電路的信號(hào)幅度，完成如下表格并繪制幅度-距離曲線。表2接收信號(hào)幅度與距離關(guān)系距離(cm)幅度

3、(V)3.自制電感線圈（可以和實(shí)驗(yàn)室提供的形狀、匝數(shù)不同），并聯(lián)電容形成LC電路，分別測(cè)量電感線圈的電感L和電容C的數(shù)值；計(jì)算其固有共振頻率，接入上圖所示電路，觀察其共振情況和電力傳輸效果，做記錄。四、報(bào)告要求1.用坐標(biāo)紙繪制上面的兩條曲線，總結(jié)傳輸規(guī)律。2.對(duì)自制的LC并聯(lián)諧振電路的傳輸效果做分析和總結(jié)；對(duì)比實(shí)驗(yàn)室提供的LC電路，總結(jié)兩者的特性和優(yōu)劣。補(bǔ)充講義實(shí)驗(yàn)七十七DIY磁耦合諧振式無線電力傳輸實(shí)驗(yàn)?zāi)阒绬?，不用電線就可以傳輸電力，點(diǎn)亮一個(gè)燈泡，這樣的事情是利用什么原理和技術(shù)實(shí)現(xiàn)的？摒棄雜亂的輸電導(dǎo)線，實(shí)現(xiàn)電力的無線傳輸一直以來都是人們追求的夢(mèng)想。早在1890年，美國(guó)物理學(xué)家尼古

4、拉斯?特斯拉就提出并設(shè)計(jì)了無線電力傳輸實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?007年，一種新型的可實(shí)用化的磁耦合諧振式無線能量傳輸技術(shù)由MIT的一組科學(xué)家得以實(shí)現(xiàn)。這種傳輸技術(shù)具有傳輸距離長(zhǎng)，穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)。隨后在2010年青島海爾公司就研制出了“無尾”電視，可以肯定的是隨著人們對(duì)生活品質(zhì)要求的日益提高，各種家電設(shè)備會(huì)逐漸采用這種新型的無線傳電技術(shù)，它會(huì)為人們生活帶來很大的便利。本實(shí)驗(yàn)為同學(xué)們自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)探索利用磁耦合諧振原理進(jìn)行無線電力傳輸提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)銜?huì)深切地感到自己就可以研制這樣一種實(shí)用的無線電力傳輸儀器。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解磁耦合無線電力傳輸?shù)幕驹恚?．自組裝和調(diào)試磁耦合式無線電力傳輸系統(tǒng)

5、；3.探索頻率和距離對(duì)無線電力傳輸?shù)挠绊憣?shí)驗(yàn)系統(tǒng)本實(shí)驗(yàn)采用磁耦合諧振方式進(jìn)行電力傳輸，系統(tǒng)的工作原理圖如圖1所示。·1·ER直流電源100?振蕩電路IRF840C1C2100?開關(guān)電路發(fā)射電路接收電路圖1無線電力傳輸電路系統(tǒng)原理圖本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由振蕩電路、開關(guān)電路、直流電源、發(fā)射電路和接收電路共五部分組成。這其中最主要的部分是發(fā)射電路和接收電路，這兩部分都是由一個(gè)銅線繞制的線圈和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電容組成。發(fā)射電路中的線圈能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)能夠在接收電路的線圈中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這樣發(fā)射電路中的電能就能夠傳輸?shù)浇邮针娐分腥ィ@中間的“媒介”就是交變的磁場(chǎng)。為了產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，本系統(tǒng)利用高頻的

6、方波信號(hào)去激勵(lì)電容（C）和線圈電感（L）組成的LC回路，這會(huì)導(dǎo)致能量在電容中的電能和線圈中的磁能中相互轉(zhuǎn)化和相互激勵(lì)，在空間中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。本系統(tǒng)采用直流供電，并利用開關(guān)電路將直流電源調(diào)制為“通-斷”交替的交流信號(hào)。振蕩電路能夠產(chǎn)生高頻率的方波信號(hào)，用來控制開關(guān)電路的通斷。實(shí)驗(yàn)原理1.磁耦合諧振原理磁耦合的基本原理是兩個(gè)線圈通過磁場(chǎng)來相互關(guān)聯(lián)。線圈與線圈之間的耦合是通過電磁感應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖2所示。首先，通電的線圈1周圍能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，此時(shí)如果磁場(chǎng)是隨時(shí)間變化的則線圈2的磁通量也將隨時(shí)間發(fā)生變化，根據(jù)法拉第效應(yīng)，線圈2將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)在線圈2內(nèi)形成電流，而產(chǎn)生的感應(yīng)電流也會(huì)

7、產(chǎn)生新的磁場(chǎng)，進(jìn)而影響線圈1的磁通量。除此之外，變化的磁場(chǎng)也會(huì)影響線圈自己的磁通量，這就是線圈之間的互感和自感。當(dāng)振蕩電路的振蕩頻率和發(fā)射電路（ＬＣ電路）的固有頻率相一致時(shí)，發(fā)射電路會(huì)在空間產(chǎn)生最大的交變磁場(chǎng)（為什么？），而當(dāng)接收電路（ＬＣ電路）的固有頻率也和發(fā)射電路的振蕩頻率一致時(shí)，電磁感應(yīng)也會(huì)在接收電路中產(chǎn)生最大的負(fù)載電流，這時(shí)候電力傳輸效率最高，我們把這種耦合叫做諧振式耦合。實(shí)驗(yàn)時(shí)要設(shè)法讓振蕩頻率、發(fā)射電路固有頻率以及接收電路的固有頻率相