黑龍江省電子設(shè)計(jì)大賽----無(wú)線電能傳輸裝置(已修改)
2025-06-07 18:03 本頁(yè)面
【正文】 黑龍江電子設(shè)計(jì)大賽 TI 杯 F 題（無(wú)線電能傳輸裝置） 摘要： 無(wú)線供電技術(shù)是最近幾年發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，這種供電技術(shù)可以透過(guò)所有非金屬物質(zhì)來(lái)傳輸電力，磁耦合諧振式無(wú)線供電技術(shù)可以使供電距離提升到米級(jí)的范疇 ，本論文設(shè)計(jì)了滿足要求的無(wú)線電能傳輸裝置的發(fā)射電路和接收電路，同時(shí)介紹了電路中所設(shè)計(jì)模塊的工作原理及功能，根據(jù)設(shè)計(jì)制作出了無(wú)線電能傳輸裝置。通過(guò)改變諧振線圈的電容，電感，線寬等自身參數(shù)以及驅(qū)動(dòng)信號(hào)源信號(hào)頻率，驅(qū)動(dòng)電壓等外界參數(shù)可調(diào)節(jié)接收端輸出特性。 關(guān)鍵詞： 磁耦合諧振式，無(wú)線電能傳輸，距離傳輸特性 引言： 目前，無(wú)線充電技術(shù)經(jīng)過(guò)上百年的發(fā)展，已經(jīng)從理論研究邁向了實(shí)際應(yīng)用的階段，市面上已有的 產(chǎn)品遍及生活和工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域， 自從美國(guó)麻省理工學(xué)院于20xx 年發(fā)表其研究成果后 ,磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)就成為了研究熱點(diǎn)問(wèn)題。 磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)在繼承了可遠(yuǎn)距離傳輸?shù)碾姶挪ㄊ胶徒嚯x傳輸?shù)碾姶鸥袘?yīng)式無(wú)線電呢過(guò)傳輸技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又克服了其不足。 傳輸距離方面：電磁波式傳輸距離最遠(yuǎn)，電磁感應(yīng)式傳輸距離最短。磁耦合諧振式傳輸距離適中，介于兩者之間，在保證高效率的同時(shí)，突破了電磁感應(yīng)式厘米、毫米等級(jí)限制； 傳輸效率及功率方面：電磁波式因遠(yuǎn)距離傳輸在空氣中損耗嚴(yán)重而效率較低，對(duì)應(yīng)的傳輸功率也相對(duì)較低；電磁感應(yīng)在毫、厘米距離范圍內(nèi)，傳輸效率較高，傳輸效率可達(dá)到千瓦級(jí)；磁耦合諧振式傳輸效率稍低于電磁感應(yīng)式，功率在瓦至百瓦級(jí)，甚至更高； 對(duì)周?chē)h(huán)境的影響：大功率的電磁波式無(wú)線電能傳輸因空間中電磁波輻射，會(huì)對(duì)其周?chē)h(huán)境產(chǎn)生較大影響；電磁感應(yīng)式近似一個(gè)變壓器的松耦合，對(duì)周?chē)沫h(huán)境影響較??；磁耦合諧振式是一種非輻射性耦合，在近場(chǎng)區(qū)內(nèi)，僅對(duì)與其諧振頻率相匹配的物體產(chǎn)生強(qiáng)耦合作用，而偏離諧振的物體影響則很弱。 一、方案論證 與設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 基本任務(wù) 制作一個(gè)磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸裝置，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。 圖 1 電能無(wú)線傳輸裝置結(jié)構(gòu)框圖 基本要求 （ 1） 保持發(fā)射線圈與接收線圈間距離 x =10cm、輸入直流電壓 U1=15V時(shí)，接收端輸出直流電流 I2=，輸出直流電壓 U2≥ 8 V，盡可能提高該無(wú)線電能傳輸裝置的效率 η。（ 45 分） （ 2）輸入直流電壓 U1=15V， 輸入直流電流不大于 1A，接收端負(fù)載為 2 只串聯(lián) LED 燈（白色、 1W）。在保持 LED 燈不滅的條件下，盡可能延長(zhǎng)發(fā)射線圈與接收線圈間距離 x。（ 45 分） 系統(tǒng)基本方案選擇和論證 系統(tǒng)基本原理 載流線圈之間通過(guò)彼此的磁場(chǎng)相互聯(lián)系的物理現(xiàn)象稱(chēng)為磁耦合。 耦合電感元件屬于多端元件，在實(shí)際電路中，如收音機(jī)、電視機(jī)中的中周線圈、振蕩線圈，整流電源里使用的變壓器等都是耦合電感元件，熟悉這類(lèi)多端元件的特性，掌握包含這類(lèi)多端元件的電路問(wèn)題的分析方法是非常必要的。 1. 互感 圖 3 兩個(gè)靠得很近的電感線圈之間有磁的耦合，如圖 3 所示，當(dāng)線圈 1中通電流 i1時(shí)，不僅在線圈 1 中產(chǎn)生磁通φ 11，同時(shí)， 有部分磁通φ 21穿過(guò)臨近線圈 2，同理，若在線圈 2中通電流 i2 時(shí)，不僅在線圈 2 中產(chǎn)生磁通φ 22，同時(shí)，有部分磁通φ12穿過(guò)線圈 1，φ 12和φ 21稱(chēng)為互感磁通。定義互磁鏈： ψ 12 = N1φ 12 ψ 21 = N2φ 21 當(dāng)周?chē)臻g是各向同性的線性磁介質(zhì)時(shí)，磁通鏈與產(chǎn)生它的施感電流成正比，即有自感磁通鏈： 互感磁通鏈： 上式中 M12 和 M21 稱(chēng)為 互感系數(shù)，單位為（ H）。 當(dāng)兩個(gè)線圈都有電流時(shí)，每一線圈的磁鏈為自磁鏈與互磁鏈的代數(shù)和： 需要指出的是： １） M 值與線圈的形狀、幾何位置、空間媒質(zhì)有關(guān)，與線圈中的電流無(wú)關(guān)，因此，滿足 M 12 =M21 =M ２）自感系數(shù) L 總為正值，互感系數(shù) M 值有正有負(fù)。正值表示自感磁鏈與互感磁鏈方向一致，互感起增助作用，負(fù)值表示自感磁鏈與互
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