電能無線傳輸實驗儀

電能無線傳輸實驗儀

電磁學實驗 固體物理專業實驗 電氣、電工專業實驗

同濟大學物理實驗中心

儀器簡介

近年來，電能無線傳輸技術受到人們越來越多的關注，國內外關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展，并應用于電動汽車充電、無線充電式家用電器和醫學儀器等領域。

磁耦合諧振式（Electromagnetic Resonance）無線能量傳輸技術是利用了近場低頻電磁波的共振現象，即利用非輻射性磁耦合諧振原理來進行遠距離能量傳輸。當兩個具有相同固有頻率的電磁系統間隔一定的距離時，由于電磁耦合而產生諧振，兩系統之間就可以實現能量傳輸。這種傳輸方式特點在于：利用諧振原理，使兩個線圈發生自諧振，線圈回路阻抗達到最小，從而使大部分能量從發射線圈往接收線圈傳輸，提高能量傳輸效率。

圖1.電能無線傳輸實驗儀

實驗目的

1.學習基于磁耦合諧振的電能無線傳輸實驗原理；

2.搭建電能無線傳輸實驗系統，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象；

4.研究磁單負材料在電能無線傳輸中的應用。

特色與優勢

電能無線傳輸實驗項目是電磁科學研究前沿理論與市場應用前沿技術的結合，也是物理學與電氣電力學科實驗教學內容的全新結合。

實驗內容設計基于磁共振耦合理論的電能無線傳輸現象，既可從物理理論上通過經典的耦合模理論解釋其現象，也可以用電氣、電工學科的LC共振電路模型來進行分析。因此，該實驗將基礎理論、學術前沿與應用熱點有機整合，并涵蓋多學科知識點，可根據所面向的學生，從不同的專業角度編制針對性教材，靈活設置課程內容，具有很強的學科交叉特點。

實驗內容

1.搭建電能無線傳輸實驗系統。

磁諧振耦合無線能量傳輸系統實驗儀主要包括：信號激勵源，接收檢測示波器，發射與接收配諧振線圈及配件等。

2.測量系統諧振頻率：

設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。調節正弦信號頻率，觀察示波器上顯示電壓幅值的變化，確定系統的諧振頻率。

3.測量傳輸效率：改變發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，計算傳輸效率。

4.改變傳輸距離，觀察諧振頻率劈裂現象，并測量相應的傳輸效率。

5.繪制傳輸效率與頻率的關系曲線。

6.實驗拓展：

采用磁單負Metamaterials材料提高無線電能傳輸效率。

圖2.無線電能傳輸實驗中傳輸效率‐頻率關系圖