電能無線傳輸實(shí)驗(yàn)儀

電磁學(xué)實(shí)驗(yàn) 固體物理專業(yè)實(shí)驗(yàn) 電氣、電工專業(yè)實(shí)驗(yàn)

同濟(jì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心

儀器簡介

近年來，電能無線傳輸技術(shù)受到人們越來越多的關(guān)注，國內(nèi)外關(guān)于電能無線傳輸方面的研究在深度和廣度兩方面都取得了很大進(jìn)展，并應(yīng)用于電動(dòng)汽車充電、無線充電式家用電器和醫(yī)學(xué)儀器等領(lǐng)域。

磁耦合諧振式（Electromagnetic Resonance）無線能量傳輸技術(shù)是利用了近場低頻電磁波的共振現(xiàn)象，即利用非輻射性磁耦合諧振原理來進(jìn)行遠(yuǎn)距離能量傳輸。當(dāng)兩個(gè)具有相同固有頻率的電磁系統(tǒng)間隔一定的距離時(shí)，由于電磁耦合而產(chǎn)生諧振，兩系統(tǒng)之間就可以實(shí)現(xiàn)能量傳輸。這種傳輸方式特點(diǎn)在于：利用諧振原理，使兩個(gè)線圈發(fā)生自諧振，線圈回路阻抗達(dá)到最小，從而使大部分能量從發(fā)射線圈往接收線圈傳輸，提高能量傳輸效率。

圖1.電能無線傳輸實(shí)驗(yàn)儀

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1.學(xué)習(xí)基于磁耦合諧振的電能無線傳輸實(shí)驗(yàn)原理；

2.搭建電能無線傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并測量傳輸效率等；

3.觀測磁耦合諧振中的諧振頻率劈裂現(xiàn)象；

4.研究磁單負(fù)材料在電能無線傳輸中的應(yīng)用。

特色與優(yōu)勢

電能無線傳輸實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是電磁科學(xué)研究前沿理論與市場應(yīng)用前沿技術(shù)的結(jié)合，也是物理學(xué)與電氣電力學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的全新結(jié)合。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)基于磁共振耦合理論的電能無線傳輸現(xiàn)象，既可從物理理論上通過經(jīng)典的耦合模理論解釋其現(xiàn)象，也可以用電氣、電工學(xué)科的LC共振電路模型來進(jìn)行分析。因此，該實(shí)驗(yàn)將基礎(chǔ)理論、學(xué)術(shù)前沿與應(yīng)用熱點(diǎn)有機(jī)整合，并涵蓋多學(xué)科知識(shí)點(diǎn)，可根據(jù)所面向的學(xué)生，從不同的專業(yè)角度編制針對性教材，靈活設(shè)置課程內(nèi)容，具有很強(qiáng)的學(xué)科交叉特點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.搭建電能無線傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀主要包括：信號激勵(lì)源，接收檢測示波器，發(fā)射與接收配諧振線圈及配件等。

2.測量系統(tǒng)諧振頻率：

設(shè)置交流信號源輸出正弦波信號，其頻率范圍為5MHz-25MHz，電壓波形峰峰幅值Up-p=10V。調(diào)節(jié)正弦信號頻率，觀察示波器上顯示電壓幅值的變化，確定系統(tǒng)的諧振頻率。

3.測量傳輸效率：改變發(fā)射端諧振線圈與接收端諧振線圈的間距，記錄示波器接收的線圈上的電壓波形峰峰值，計(jì)算傳輸效率。

4.改變傳輸距離，觀察諧振頻率劈裂現(xiàn)象，并測量相應(yīng)的傳輸效率。

5.繪制傳輸效率與頻率的關(guān)系曲線。

6.實(shí)驗(yàn)拓展：

采用磁單負(fù)Metamaterials材料提高無線電能傳輸效率。

圖2.無線電能傳輸實(shí)驗(yàn)中傳輸效率‐頻率關(guān)系圖