DIY 磁耦合谐振式无线电力传输实验

DIY磁耦合谐振式无线电力传输实验

一、实验内容

1．了解磁耦合无线电力传输的基本原理；

2．自组装和调试磁耦合式无线电力传输系统；

3. 探索频率和距离对无线电力传输的影响

二、实验方法

1．确定LC电路的共振频率

以下为确定LC电路的共振频率的几种方法，任选其中一种。

方法一：利用实验室提供的LC电表分别测量线圈的电感和电容，然后利用公式（1）计算共振频率。

方法二：如果线圈绕线比较规则，可以利用实验室提供的工具测量铜线的直径、线圈直径等参数，然后利用公式（3）计算线圈的电感，最后利用公式（1）计算共振频率。

方法三：利用信号发生器和示波器观察LC电路的充放电过程，测量其共振频率，具体方法参考实验十七RLC串联电路的暂态过程。

三、实验任务

1．研究工作频率对电力传输效率的影响

按照下图在九孔面包板上完成实验系统的连接。

固定接收线圈与发射线圈的距离，如5厘米。改变工作频率，利用示波器测量接收电路的信号幅度和频率，完成如下表格并绘制幅度-频率曲线。

表1 接收信号幅度与频率关系

频率(kHz)

幅度(V)

2．研究无线电力传输的距离对传输效果影响

调节R1的大小使得电路工作在共振频率之下，改变接收线圈与发射线圈的距离，利用示波器测量接收电路的信号幅度，完成如下表格并绘制幅度-距离曲线。

表2 接收信号幅度与距离关系

距离(cm)

幅度(V)

3.自制电感线圈（可以和实验室提供的形状、匝数不同），并联电容形成LC电路，分别测量电感线圈的电感L和电容C的数值；计算其固有共振频率，接入上图所示电路，观察其共振情况和电力传输效果，做记录。

四、报告要求

1.用坐标纸绘制上面的两条曲线，总结传输规律。

2.对自制的LC并联谐振电路的传输效果做分析和总结；对比实验室提供的LC电路，总结两者的特性和优劣。

补充讲义

实验七十七 DIY磁耦合谐振式无线电力传输实验

你知道吗，不用电线就可以传输电力，点亮一个灯泡，这样的事情是利用什么原理和技术实现的？摒弃杂乱的输电导线，实现电力的无线传输一直以来都是人们追求的梦想。早在1890年，美国物理学家尼古拉斯?特斯拉就提出并设计了无线电力传输实验模型。2007年，一种新型的可实用化的磁耦合谐振式无线能量传输技术由MIT的一组科学家得以实现。这种传输技术具有传输距离长，穿透能力强的特点。随后在2010年青岛海尔公司就研制出了“无尾”电视，可以肯定的是随着人们对生活品质要求的日益提高，各种家电设备会逐渐采用这种新型的无线传电技术，它会为人们生活带来很大的便利。

本实验为同学们自己动手实验探索利用磁耦合谐振原理进行无线电力传输提供了实验平台，通过实验你会深切地感到自己就可以研制这样一种实用的无线电力传输仪器。

实验目的

1．了解磁耦合无线电力传输的基本原理；

2．自组装和调试磁耦合式无线电力传输系统；

3. 探索频率和距离对无线电力传输的影响

实验系统

本实验采用磁耦合谐振方式进行电力传输，系统的工作原理图如图1所示。

·1·

图1 无线电力传输电路系统原理图

本实验系统主要由振荡电路、开关电路、直流电源、发射电路和接收电路共五部分组成。这其中最主要的部分是发射电路和接收电路，这两部分都是由一个铜线绕制的线圈和一个标准电容组成。发射电路中的线圈能够产生磁场，而变化的磁场能够在接收电路的线圈中产生电动势，这样发射电路中的电能就能够传输到接收电路中去，而这中间的“媒介”就是交变的磁场。为了产生交变的磁场，本系统利用高频的方波信号去激励电容（C）和线圈电感（L）组成的LC回路，这会导致能量在电容中的电能和线圈中的磁能中相互转化和相互激励，在空间中产生交变磁场。本系统采用直流供电，并利用开关电路将直流电源调制为“通-断”交替的交流信号。振荡电路能够产生高频率的方波信号，用来控制开关电路的通断。

实验原理

1. 磁耦合谐振原理

磁耦合的基本原理是两个线圈通过磁场来相互关联。线圈与线圈之间的耦合是通过电磁感应来实现的，如图2所示。首先，通电的线圈1周围能够产生磁场，此时如果磁场是随时间变化的则线圈2的磁通量也将随时间发生变化，根据法拉第效应，线圈2将产生感应电动势。感应电动势会在线圈2内形成电流，而产生的感应电流也会产生新的磁场，进而影响线圈1的磁通量。除此之外，变化的磁场也会影响线圈自己的磁通量，这就是线圈之间的互感和自感。

当振荡电路的振荡频率和发射电路（ＬＣ电路）的固有频率相一致时，发射电路会在空间产生最大的交变磁场（为什么？），而当接收电路（ＬＣ电路）的固有频率也和发射电路的振荡频率一致时，电磁感应也会在接收电路中产生最大的负载电流，这时候电力传输效率最高，我们把这种耦合叫做谐振式耦合。实验时要设法让振荡频率、发射电路固有频率以及接收电路的固有频率相一致，以产生最高的传输效率，这就是磁耦合谐振原理。

ＬＣ电路固有频率的计算公式为

·2·

f π21=

（1）

设两个线圈的电感分别为L 1和L 2, 电压和电流分别为u 1，u 2，i 1和i 2，线圈之间的互感为

M ，则相互耦合的两个线圈的电压和电流的关系为：

图2 双线圈磁耦合示意图

1211

22di di u L M dt dt di di

u L M dt dt =+=+ （2）

为了使线圈1中能够发射交替振荡的磁场，本系统将电感线圈与电容连接组成LC 谐振电路。

本系统采用的线圈为密集绕制的线圈，如果绕制规则的话，则线圈的电感大小可以用如下公式来进行计算：

208ln 1.75L N R R a μ??

???????

????= （3）

式中 N ——线圈匝数，μ0——真空磁导率，R ——线圈半径，a ——铜线半径 2. 电路系统原理（1）开关电路

开关电路的作用是控制主电路的通断，进而实现发射电路的间歇充放电，让线圈产生交变磁场。本实验系统采用型号为IRF840的N 沟道增强型场效应晶体管来实现开关电路。图x 为IRF840场效应管的管脚示意图，它和三极管一样有三个管脚，分别叫做栅极（G ）、源极（S ）和漏极（D ）。栅极为控制极，在栅极上加电压和不加电压来控制管脚2和管脚3的通断。对于N 沟道型场效应管，在栅极加上电压，则管脚2和管脚3连通，P 沟道型场效应管则相反。

·3·

图3 IRF840场效应晶体管管脚示意图

（2）振荡电路

参照实验室提供的线路。

四、实验内容和步骤

1. 确定LC 电路的共振频率

以下为确定LC 电路的共振频率的几种方法，任选其中一种。

方法一：利用实验室提供的LC 电表分别测量线圈的电感和电容，然后利用公式（1）计算共振频率。

方法三：利用信号发生器和示波器观察LC 电路的充放电过程，测量其共振频率，具体方法参考实验十七RLC 串联电路的暂态过程。 2. 振荡电路的设计和焊接

设计振荡电路中的R 1，R 2和C 的大小，使得其输出方波信号的频率在LC 电路的共振频率附近，其中R 1的电阻值应可调，便于调节输出频率。

利用实验室提供的电路板焊接完成振荡器电路，用示波器观察振荡电路输出信号。 3. 研究工作频率对电力传输效率的影响按照图1完成实验电路的连接。

固定接收线圈与发射线圈的距离，如5厘米。改变工作频率，利用示波器测量接收电路的信号幅度和频率，完成如下表格并绘制幅度-频率曲线。表1 接收信号幅度与频率关系频率(kHz) 幅度(V)

4. 研究无线电力传输的距离对传输效果影响

调节R 1的大小使得电路工作在共振频率之下，改变接收线圈与发射线圈的距离，利用示波器测量接收电路的信号幅度，完成如下表格并绘制幅度-距离曲线。表2 接收信号幅度与距离关系距离(cm) 幅度(V)

思考题

1、什么叫磁共振耦合？

2、推导一下LC 电路的固有频率LC

f π21=

3、为什么当振荡频率和LC 电路的频率一样时，发射线圈能在周围产生大的交变磁场？

·4·

4、你认为提高能量传输效率的方式有哪些？

5、自己设计一台无线台灯，给出设计方案。

·5·

rlc串联电路频率特性实验报告

竭诚为您提供优质文档/双击可除rlc串联电路频率特性实验报告篇一：RLc串联电路的幅频特性与谐振现象实验报告 _-_4(1) 《电路原理》实验报告实验时间：20XX/5/17 一、实验名称RLc串联电路的幅频特性与谐振现象二、实验目的 1．测定R、L、c串联谐振电路的频率特性曲线。 2．观察串联谐振现象，了解电路参数对谐振特性的影响。1．R、L、c串联电路(图4-1)的阻抗是电源频率的函数，即： Z?R?j(?L? 1 )?Zej??c 三、实验原理当?L?

1 时，电路呈现电阻性，us一定时，电流达最大，这种现象称为串?c 联谐振，谐振时的频率称为谐振频率，也称电路的固有频率。即 ?0? 1Lc 或f0? 12?Lc R无关。图4-1 2．电路处于谐振状态时的特征： ①复阻抗Z达最小，电路呈现电阻性，电流与输入电压同相。 ②电感电压与电容电压数值相等，相位相反。此时电感电压(或电容电压)为电源电压的Q倍，Q称为品质因数，即Q? uLuc?0L11 ????ususR?0cRR L c

在L和c为定值时，Q值仅由回路电阻R的大小来决定。 ③在激励电压有效值不变时，回路中的电流达最大值，即： I?I0? us R 3．串联谐振电路的频率特性： ①回路的电流与电源角频率的关系称为电流的幅频特性，表明其关系的图形称为串联谐振曲线。电流与角频率的关系为： I(?)? us 1?? R2??L?? ?c?? 2 ? us ???0? ?R?Q2?????? ?0? 2 ?

I0 ???0? ?1?Q2?????? ?0? 2 当L、c一定时，改变回路的电阻R值，即可得到不同Q 值下的电流的幅频特性曲线(图4-2) 图4-2 有时为了方便，常以 ?I 为横坐标，为纵坐标画电流的幅频特性曲线(这称?0I0 I 下降越厉害，电路的选择性就越好。I0 为通用幅频特性)，图4-3画出了不同Q值下的通用幅频特性曲线。回路的品质因数Q越大，在一定的频率偏移下，为了衡量谐振电路对不同频率的选择能力引进通频带概念，把通用幅频特性的幅值从峰值1下降到0.707时所对应的上、下频率之间的宽度称为通频带(以bw表示)即：bw? ?2?1 ??0?0

磁耦合谐振式无线电能传输

磁耦合谐振式无线电能传输 DOI：10.16640/jki.37-1222/t.2016.12.137 1磁耦合谐振式无线电能传输（1）无线电能传输。无线电能传输，简称WP■技术，是根据能量传输过程中中继能量形式的不同，在不使用导线连接的情况下通过电场等进行进行传输的新型技术。其主要包括：磁（场）耦合式、电（场）耦合式、电磁辐射式（如太阳辐射）、机械波耦合式（超声）。其中，磁耦合式是目前研究最为火热的一种无线电能传输方式，也就是将高频电源加载到发射线圈，使发射线圈在电源激励下产生高频磁场，接收线圈在此高频磁场作用下，耦合产生电流，实现无线电能传输。这项技术开创了人类通信的新纪元，基于能源供给而产生的无线电技术将会创造出人类能源史的新里程，其给大众带来的意义与影响也非同凡响。这项技术的使用具有以下的特点： 1 ）通用性电波的传输不需要导线进行连接一旦普及，将会使电子产品从导线的束缚中解脱出来，电器接口、兼容性的问题将得到解决，供电更方便，便捷人们的生活，提高人们的生活水平，提高人们的生活质量。 2）便携性、实用性目前的生活状况下实现无线电能传输依旧面临这挑战，但这项技术的推广，将会极大的提高传输的速度、传输

的量，对彻底解决人民生活中电力的供给问题提供有力的帮助，方便生活，提高效率。同时，对于目前很多缺乏或者无法布置电线造成的供电困难现象，无线电能传输的普及将会使这难题得到解决，紧急情况下快速地供电模式也是未来发展的必然趋势，例如加拿大等国开始尝试使用辐射式供电驱动的无人飞机作为电视转播台。 3）美观性不以导线连接的无线电能传输，将会推动电子设备的体积进一步的减小，电子设备的数据线将不再需要，便捷人们生活的同时，营造一种美观性。在能效转化效率、电磁人体辐射安全的情况下，无线供电时代的普及，将能够有效解决家庭布线、家电固定化等破坏问题，节省铜、塑料等资源。 4）安全性无线电能传输技术的普及，将会消除电子设备接触产生的电火花、电火花可能引起的爆炸、插头损坏和接触不良等安全隐患。如使用无线充电技术的电动牙刷和电动剃须刀的防水性将进一步得到提高。 5）绿色性、永久性若空间太阳能发电实现真正的商业运作化，人类将能从太阳能得到巨大的能量，在能源不缺乏的基础上，无线电能传输将而真正解决能源问题，实现绿色能源，提高能源供给，解决能源危机，造福后代。（2）磁耦合谐振式磁耦合谐振式，作为新的无线电能传输方式，主要工作原理是利用物理学的"谐振" 原理，两个振动频率相同的物体能高效传输能量。基于磁场谐振耦合的无线电力传输，实际上是将磁场作为传输的介质，当电源发送端的振荡磁场频率和接收端

毕业设计(论文)开题报告-无线电能传输装置的硬件设计

本科毕业设计论文开题报告题目：电能无线传输装置的硬件设计作者姓名指导教师专业班级学院信息工程学院提交日期

电能无线传输装置的硬件设计姓名：专业班级： 1 课题研究背景及意义人类社会自第二次工业革命以来，便进入了电气化时代。大至遍布世界各地的高压线、电网，小至各种各样的家用电气设备，传统的电能传输主要通过金属导线点对点，属于直接接触传输。这种传输方式使用电缆线作为媒介，在电能传输的过程中将不可避免的产生一些问题。例如尖端放电、线路老化等因素导致的电火花，不仅会使线路损耗增大，还会大大降低供电的可靠性和安全性[1]，且会缩短设备的寿命。在油田、钻采矿井等场合，用传统的输电方式容易由于摩擦而产生微小电火花，严重时甚至引起爆炸，造成重大的事故。在水下，导线直接接触供电还有电击的危险[2-4]。这一系列的问题都在呼唤着一种摆脱金属电缆的电能传输方式，即无线电能传输。无线电能传输（WPT）是一种有效的新型电能传输方法，通过无线电能传输，不需要使用电缆或其他实物就能进行电能的传输，电能可以通过短距离耦合，中等范围的谐振感应和电磁波感应传输，在很难使用传统电缆的地方也可以实现电能传输[5]。实现无线电能传输，将使人类在电能方面的应用更加宽广和灵活。电能的无线传输技术将开辟人类能源的另一个新时代,给大众带来非同凡响的意义和影响根据传输原理的不同。无线电能传输方式按传输原理的不同可分为电磁感应式、电磁共振式以及电磁波辐射式三种。作为无线电能传输的三种主流方式，它们都有各自的优势与不足。一般来说，电磁感应技术比较具有实现性，且已应用于当前各种电子产品，它的优点是能量的传输效率较高，但存在传输距离短，发热大，线圈对准困难等问题；电磁波传输能够实现远距离传输，但是现阶段效率过低，另一方面传输过程中的介质也会对电磁波产生影响；磁耦合谐振无线电能传输中和了上述两种传输方式，具有中中等距离传输和较高效率的特点，因而受到的关注较多。

大学物理实验报告系列之RLC电路的谐振

【实验名称】 RLC 电路的谐振【实验目的】 1、研究和测量RLC 串、并联电路的幅频特性； 2、掌握幅频特性的测量方法； 3、进一步理解回路Q 值的物理意义。【实验仪器】音频信号发生器、交流毫伏表、标准电阻箱、标准电感、标准电容箱。【实验原理】一、RLC 串联电路 1．回路中的电流与频率的关系（幅频特性） RLC 交流回路中阻抗Z 的大小为： () 2 2 '1??? ? ? -++= ωωC L R R Z （32-1） ???? ? ??????? +-=R R C L arctg '1ωω? （32-3）回路中电流I 为： )1()'(2ω ωC L R R U Z U I - ++== （32-4）当01 =- ω ωC L 时， = 0，电流I 最大。令即振频率并称为谐振角频率与谐的角频率与频率分别表示与,,000=?ωf ： LC f LC πω21100= = （32-5）如果取横坐标为ω，纵坐标为I ，可得图32-2所示电流频率特性曲线。 2．串联谐振电路的品质因数Q C R R L Q 2)'(+= （32-7） QU U U C L == （32-8） Q 称为串联谐振电路的品质因数。当Q >>1时，U L 和U C 都远大于信号源输出电压，这种现象称为LRC 串联电路的电压谐振。 Q 的第一个意义是：电压谐振时，纯电感和理想电容器两端电压均为信号源电压的Q 倍。 1 20 1 20f f f Q -= -= ωωω （32-12）显然(f 2-f 1)越小，曲线就越尖锐。 Q 的第二个意义是：它标志曲线尖锐程度，即电路对频率的选择性，称 f （= f 0 / Q ）为通频带宽度。 3．Q 值的测量法

无线电能传输(课程设计)实验报告

实验报告 1.实验原理与无线通信技术一样摆脱有形介质的束缚，实现电能的无线传输是人类多年的一个美好追求。无线电能传输技术（Wireless Power Transfer, WPT）也称之为非接触电能传输技术（ Contactless PowerTransmission, CPT），是一种借于空间无形软介质（如电场、磁场、微波等）实现将电能由电源端传递至用电设备的一种供电模式，该技术是集电磁场、电力电子、高频电子、电磁感应和耦合模理论等多学科交叉的基础研究与应用研究，是能源传输和接入的一次革命性进步。无线电能传输技术解决了传统导线直接接触供电的缺陷，是一种有效、安全、便捷的电能传输方法，因而它被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。该技术不仅在军事、航空航天、油田、矿井、水下作业、工业机器人、电动汽车、无线传感器网络、医疗器械、家用电器、RFID识别等领域具有重要的应用价值，而且对电磁理论的发展亦具有重要科学研究价值和实际意义。在中国科协成立五十周年的系列庆祝活动中，无线能量传输技术被列为“10 项引领未来的科学技术”之一。到目前为止，根据电能传输原理，无线电能传输大致可以分为三类：感应耦合式、微波辐射式、磁耦合谐振式。作为一个新的无线电能传输技术，磁耦合谐振式是基于近场强耦合的概念，基本原理是两个具有相同谐振频率的物体之间可以实现高效的能量交换，而非谐振物体之间能量交换却很微弱。磁耦合谐振式无线电能传输的传输尺度介于前两者之间，因此也被称之为中尺度（mid-range）能量传输技术，其尺度为几倍的接收设备尺寸（可扩展到几米到几十米）。除了较大的传输距离，还存在以下优势：由于利用了强耦合谐振技术，可以实现较高的功率（可达到kW）和效率；系统采用磁场耦合（而非电场，电场会发生危险）和非辐射技术，使其对人体没有伤害；良好的穿透性，不受非金属障碍物的影响。因此该技术已经成为无线电能传输技术新的发展方向。

无线电能传输装置

目录 1系统方案 (2) 1.1系统总体思路 (2) 1.2系统方案论证与选择 (2) 1.2.1 电源模块论证与选择 (2) 1.2.2驱动模块论证与选择 (2) 1.2.3线圈的论证与选择 (2) 1.2.4整流电路的论证与选择 (2) 1.3系统总体方案设计 (3) 2理论分析与计算 (3) 2.1 TL494应用原理 (3) 2.2 IR2110原理 (3) 2.3 无线传输原理 (4) 2.4 计算公式 (4) 3电路设计 (4) 3.1电源模块（图3） (4) 图3 电源模块 (5) 3.2驱动模块（图4） (5) 3.3传输模块（图5） (5) 4测试方案与测试结果 (6) 4.1测试方法与仪器 (6) 4.2测试数据与结果 (6) 4.3数据分析与结论 (7) 参考文献 (8)

无线电能传输装置（F题） 1系统方案 1.1系统总体思路由题我们设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，且用空心线圈制作了直径为20cm的发射和接收线圈；利用信号发生电路将输入的直流15V电转化为PWM脉冲信号，通过驱动电路产生交变电流，对发射线圈进行供电，线圈利用磁耦合谐振式原理，将电能无线传输到接收线圈端，最终在接收线圈端产生电流，达到无线电能的传输的要求。经过几天的测试，制作出了传输效率达38.3%，x的值最大为26 cm的磁耦合谐振式无线电能传输装置。 1.2系统方案论证与选择 1.2.1 电源模块论证与选择方案一：利用双电源，直接对电路进行供电。方案二：利用单电源，再接入PWM控制器芯片TL494固定频率的脉冲宽度调制电路，能够有效地将直流电转换为高频脉冲。 TL494芯片的功耗低，构成的电路结构简单，调整方便，输出电压脉动小；且IR2110 的电路无需扩展，使电路更加紧凑，工作可靠性高，附加硬件成本也不高，为获取死区时间，可由基本振荡电路、与门电路构成，为方便我们选用TL494，选择方案二。 1.2.2驱动模块论证与选择方案一：利用三极管对无线电能传输装置进行驱动，可以比较经济地进行驱动。方案二：使用两个IR2110对无线电能传输装置进行驱动，因其15V 下静态功耗仅116mW输出的电源端电压范围10～20V,工作频率高，可达500kHz，能够很好地满足线圈进行电能传输的需要。考虑到线圈所需谐振频率较高，而三极管的通断不是那么灵敏，所以选择较为灵敏的场效应管，又考虑到电路的简便，则选择方案二。 1.2.3线圈的论证与选择方案一：利用单层同心圆平面绕组，但其输出的频率很高对电容要求过高。方案二：利用多层绕组。考虑到多层绕组的频率相对稳定，它对谐振电容的要求较低，还有它对线圈的磁场干扰较小，并且它的电能传输效率能够达到标准，因此选择方案二。 1.2.4整流电路的论证与选择方案一：二极管半波整流。利用二极管的单向导电性，二极管承受反压大，很有可能会烧毁二极管，直流电源输入时，不能构成放电回路，不适用于本电路。方案二：桥式整流。四只整流三极管D1~4 和负载电阻RL组成。四只整流三极管接成电桥形式。桥式整流电路克服了全波整流电路要求变压器次级有中心抽头和二极管承受反压大的缺点，且成本低，效率高，适用于各种电路。考虑到半波整流对电能的损失，我们选择的损失较小的全波整流，因此选择方案二。

磁耦合谐振式WPT系统的设计与实现

目录目录 1绪论 (1) 1.1无线电能传输的研究背景 (1) 1.2磁耦合谐振式无线能量传输技术的发展现状 (7) 1.2.1磁耦合谐振式无线能量传输的理论建模发展现状 (7) 1.2.2磁耦合谐振线圈的研究现状 (8) 1.2.3需要解决的问题 (10) 1.3论文结构与安排 (10) 2.磁耦合谐振式无线电能传输的理论分析 (11) 2.1磁耦合谐振式无线电能传输的耦合模理论分析 (11) 2.2磁耦合谐振式无线电能传输的集中参数理论分析 (12) 2.3谐振线圈的性能分析 (15) 2.3.1谐振线圈的结构描述 (15) 2.3.2自谐振频率 (15) 2.3.3损耗 (15) 2.3.4耦合系数 (16) 2.3.5品质因数 (16) 2.3.6传输效率 (17) 2.4本章小结 (18) 3磁耦合谐振式谐振线圈的优化 (19) 3.1磁耦合谐振线圈系统的制约因素和设计目标 (19) 3.1.1磁耦合谐振式线圈制约因素和设计目标 (19) 3.1.2谐振电容的制约因素 (19) 3.1.3磁耦合线圈与电容构成谐振电路的设计问题总结 (20) 3.2谐振线圈的设计和优化 (20) 3.2.1谐振式线圈设计流程 (20) 3.2.2传输系统的建模仿真与分析 (21) 3.2.3在限定条件下对线圈的设计与优化 (28) 3.4本章小结 (31) 4磁耦合式谐振的无线充电系统设计 (32) 4.1系统整体介绍 (32) 4.2系统各部分电路设计 (32) 4.2.1发射电路 (32) 4.2.2接收电路 (34) V

西安理工大学硕士学位论文 VI 4.3试验分析 (34) 4.4本章小结 (37) 5总结与展望 (38) 5.1总结 (38) 5.2展望 (38) 致谢 (40) 参考文献 (42)

交流谐振电路-实验报告

University of Science and Technology of China 96 Jinzhai Road, Hefei Anhui 230026,The People ’s Republic of China 交流谐振电路李方勇 PB05210284 0510 第29组2号（周五下午）实验题目交流谐振电路实验目的研究RLC 串联电路的交流谐振现象，学习测量谐振曲线的方法，学习并掌握电路品质因素Q 的测量方法及其物理意义。实验仪器电阻箱，电容器，电感，低频信号发生器以及双踪示波器。实验原理 1． RLC 交流电路由交流电源S ，电阻R ，电容C 和电感L 等组成交流电物理量的三角函数表述和复数表述 ()() φ?φ?+=+=t j Ee t E e cos 式中的e 可以是电动势、电压、电流、阻抗等交流电物理量，?为圆频率，φ 为初始相角。电阻R 、电容C 和电感串联电路电路中的电流与电阻两端的电压是同相位的，但超前于电容C 两端的电压2π ，落后于电感两端的电压2π 。电阻阻抗的复数表达式为 R Z R = 模R Z =

电容阻抗的复数表达式为 C j e C Z j C? ? π1 1 2= =- 模C Z C? 1 = 电感阻抗的复数表达式为 L j Le Z j L ? ? π = =2 模 L Z L ? = 电路总阻抗为三者的矢量和。由图，电容阻抗与电路总阻抗方向相反，如果满足 L c ? ? = 1 ，则电路总阻抗为R，达到最小值。这时电流最大，形成所谓“电流谐振”。调节交流电源（函数发生器）的频率，用示波器观察电阻上的电压，当它达到最大时的频率即为谐振频率。电路如下图。电路参数–电动势电压，电流，功率，频率元件参数–电阻，电容，电感实验内容 1．观测RLC串联谐振电路的特性（1）按照上图连接线路，注意保持信号源的电压峰峰值不变，蒋Vi和Vr接入双踪示波器的CH1和CH2（注意共地）（2）测量I－f曲线，计算Q值（3）对测得的实验数据，作如下分析处理： 1）作谐振曲线I－f，由曲线测出通频带宽 2）由公式计算除fo的理论值，并与测得的值进行比较，求出相对误差。

无线电能传输装置的硬件设计

本科毕业设计论文本科毕业设计论文题目：电能无线传输装置的硬件设计作者姓名指导教师专业班级学院信息工程学院提交日期2016年06月10日

浙江工业大学本科毕业设计论文电能无线传输装置的硬件设计作者姓名：指导教师： 2016年6月10日

Dissertation Submitted to ZhejiangUniversity of Technology for the Degree of Bachelor Hardware Design of Wireless Power Transmission Equipment College of Information Engineering Zhejiang University of Technology June 2016

浙江工业大学本科生毕业设计（论文、创作）任务书一、设计（论文、创作）题目：电能无线传输装置的硬件设计二、主要任务与目标：根据对电能无线传输装置的要求，设计相应的硬件线路。要求通过单片机控制开关元件，使LC电路发生谐振，实现电能无线传输的要求，并完成整机的调试。三、主要内容与基本要求： 1.根据无线传输装置的要求完成相关硬件设计，选择合适的谐振电路形式，使无线传输的性能指标处于较好 2. 撰写毕业论文和提交相关设计文挡、图纸等。四、计划进度： 2015.12.20~2016.3.1 收集相关资料文献，学习相关软硬件基础知识；完成外文翻译、文献综述；熟悉课题，做好开题准备，有初步设计方案；2016.3.2~3.10 完成开题报告，参加开题交流；2016.3.11~4.30 完成电能无线传输装置的硬件设计，接受中期检查；2016.5.1~5.31 制作硬件线路，调试与改进，做出最终设计成品。撰写毕业论文初稿；2016.6.1~6.17 论文修改，毕业答辩，提交相关文档资料。五、主要参考文献： [1] 傅文珍，张波，丘东元等.自谐振线圈耦合式电能无线传输的最大效率分析与设计,中国电机工程学报[J].2009.6:21-26; [2] 翟渊，孙跃，戴欣等.磁共振模式无线电能传输系统建模与分析,中国电机工程学报[J].2012.4:155-160; [3] 于建阁，吕干云，吴张勇等. 基于松耦合变压器的小功率CPT系统, 电工电能新技术[J].2012.7:93-96。任务书下发日期2015 年12 月20 日设计（论文、创作）工作自2015 年12 月20 日至2016 年 6 月20 日设计（论文、创作）指导教师系主任（专业负责人）主管院长

谐振电路实验报告

rlc串联谐振电路的实验研究一、摘要：从rlc 串联谐振电路的方程分析出发，推导了电路在谐振状态下的谐振频率、品质因数和输入阻抗，并且基于multisim仿真软件创建rlc 串联谐振电路，利用其虚拟仪表和仿真分析，分别用测量及仿真分析的方法验证它的理论根据。其结果表明了仿真与理论分析的一致性，为仿真分析在电子电路设计中的运用提供了一种可行的研究方法。二、关键词：rlc；串联；谐振电路；三、引言谐振现象是正弦稳态电路的一种特定的工作状态。通常，谐振电路由电容、电感和电阻组成，按照其原件的连接形式可分为串联谐振电路、并联谐振电路和耦合谐振电路等。由于谐振电路具有良好的选择性，在通信与电子技术中得到了广泛的应用。比如，串联谐振时电感电压或电容电压大于激励电压的现象，在无线电通信技术领域获得了有效的应用，例如当无线电广播或电视接收机调谐在某个频率或频带上时，就可使该频率或频带内的信号特别增强，而把其他频率或频带内的信号滤去，这种性能即称为谐振电路的选择性。所以研究串联谐振有重要的意义。在含有电感l 、电容c 和电阻r 的串联谐振电路中，需要研究在不同频率正弦激励下响应随频率变化的情况，即频率特性。multisim 仿真软件可以实现原理图的捕获、电路分析、电路仿真、仿真仪器测试等方面的应用，其数量众多的元件数据库、标准化仿真仪器、直观界面、简洁明了的操作、强大的分析测试、可信的测试结果都为众多的电子工程设计人员提供了一种可靠的分析方法，同时也缩短了产品的研发时间。四、正文（1）实验目的： 1.加深对串联谐振电路条件及特性的理解。 2.掌握谐振频率的测量方法。 3.理解电路品质因数的物理意义和其测定方法。 4.测定rlc串联谐振电路的频率特性曲线。 (2)实验原理： rlc串联电路如图所示，改变电路参数l、c或电源频率时，都可能使电路发生谐振。该电路的阻抗是电源角频率ω的函数：z=r+j(ωl-1/ωc) 当ωl-1/ωc=0时，电路中的电流与激励电压同相，电路处于谐振状态。谐振角频率ω 0 =1/lc ，谐振频率f0=1/2π lc 。谐振频率仅与原件l、c的数值有关，而与电阻r和激励电源的角频率ω无关，当ω< ω0时，电路呈容性，阻抗角φ<0；当ω>ω0时，电路呈感性，阻抗角φ>0。 1、电路处于谐振状态时的特性。（1）、回路阻抗z0=r,| z0|为最小值，整个回路相当于一个纯电阻电路。（2）、回路电流i0的数值最大，i0=us/r。（3）、电阻上的电压ur的数值最大，ur =us。（4）、电感上的电压ul与电容上的电压uc数值相等，相位相差180°，ul=uc=qus。 2、电路的品质因数q 电路发生谐振时，电感上的电压（或电容上的电压）与激励电压之比称为电路的品质因数q，即： q=ul（ω0）/ us= uc（ω0）/ us=ω0l/r=1/r*l/c （3）谐振曲线。电路中电压与电流随频率变化的特性称频率特性，它们随频率变化的曲线称频率特性曲线，也称谐振曲线。在us、r、l、c固定的条件下，有

磁耦合谐振式无线电能传输技术研究进展

1 综述作者简介：程丽敏(1988- )，女，硕士研究生，研究方向为无线电能传输技术。磁耦合谐振式无线电能传输技术研究进展程丽敏，崔玉龙 (北京化工大学信息科学与技术学院，北京 100029) 摘要：作为一种无线电能传输(WPT)方式，磁耦合谐振式无线电能传输距离为几十厘米，传输效率可以达到90%，传输功率可以达到千瓦级。对磁耦合谐振式WPT 系统的整体结构类型，谐振器的拓扑结构类型，提高传输距离、传输效率和传输功率的方法及谐振频率分裂等几方面进行了研究。总结了国内相关高校的研究成果，并给出了该技术的应用前景及存在问题。关键词：磁耦合谐振式；无线电能传输；发展现状；存在问题；应用前景中图分类号：TM724 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2012)12-0001-05 Abstract: As a mean of wireless power transmission (WPT), magnetic coupling resonant wireless power transmission distance can be from scores of centimeters to several meters, transmission ef ? ciency can reach 90%, and transmission power can reach kilowatt grade. Study was carried out for whole structure category of magnetic coupling resonant WPT system, topologic structure category of resonator, improvement of transmis-sion distance, transmission ef ? ciency and transmission power methods and resonant frequency split etc aspects. Summary was made for study results of related colleges and universities at home and the application prospect of the technology and existing problems was given. Key words: magnetic coupling resonant type; wireless power transmission; present development situation; existing problem; application prospect CHENG Li-min, CUI Yu-long （College of Information Science&Technology, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China ） Magnetic Coupling Resonant Type Wireless Power Transmission Technology Study Progress 0 引言无线电能传输(WPT)技术是不使用导线连接而通过电场、磁场、激光等软介质实现的电能传输方式。1890年，尼古拉?特斯拉提出了把地球作为内导体、距离地面约60km 的电离层作为外导体，在地球与电离层之间建立起大约8Hz 的低频共振，再利用环绕地球表面的电磁波来远距离传输电力[1]。2006年11月，在美国物理学会工业物理论坛上，麻省理工学院(MIT)的Marin Soljacic 首次提出了磁耦合谐振式WPT 技术[2]。WPT 技术主要有3种，即电磁感应式、磁耦合谐振式和电磁辐射式。电磁辐射式WPT 技术是利用电磁波能量可以通过天线发送和接收的原理而实现的能量传输。电磁感应式无线电能传输技术(简称IPT)主要利用电磁感应原理，采用松耦合变压器或者可分离变压器方式实现电能无线传输。磁耦合谐振式WPT 的理论基础是耦合模式理论，两个相同谐振频率的振荡电路，在波长范围内是通过近场瞬逝波耦合的，感应器产生的驻波在远远小于损耗时间内，允许能量高效地从一个物体传到另一物体。而与周围不同频率的物体之间的相互作用很弱，电能传输的介质是中高频的磁场。 1 磁耦合谐振式WPT技术研究现状 1.1 国外研究现状 1.1.1 WPT系统的整体结构类型从磁耦合谐振式W P T系统的整体结构来看，可分为单发射器、单接收器的系统，单发射器、多接收器的系统，有中继谐振器的系统。 1)单发射器、单接收器的WPT系统对于单发射器、单接收器系统，也有不同的实

无线电能传输装置设计报告

无线电能传输装置设计报告摘要磁耦合谐振式无线电能传输是众多短距离电能特殊传输技术之一，它因其便捷，节能环保而受到广泛关注。现在磁耦合谐振式无线电能传输距离已经可以达到米级的范围，甚至有些技术还能穿透障碍物，相信当无线传输距离问题解决以后该技术无疑对无线电能技术的发展具有重大的意义。该文主要讲述了运用磁耦合谐振无限能量传输的原理设计制作的小型无线电能传输设备。该设备主要包括驱动发射线圈电路，磁耦合谐振传输电路，磁耦合谐振接收电路，整流滤波电路，以及显示电路模块等。当发射和接收端都达到谐振频率时即可实现能量的最大传输。该设备在题目要求下可实现10cm以上，效率高达26%的能量传输，并且可以实现点亮30cm以外的2W的灯泡。关键词磁耦合谐振无线电能传输发射距离接收效率一、设计任务设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图1所示。要求：（1）保持发射线圈与接收线圈间距离x =10cm、输入直流电压U1=15V时，调整负载使接收端输出直流电流I2=，输出直流电压U2≥8 V，尽可能提高该无线电能传输装置的效

率η。（2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED 灯（白色、1W）。在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x。二、方案论证驱动发射线圈电路方案一：采用集成发射芯片XKT408和T5336搭建发射驱动电路。无线充电/供电主控制芯片XKT-408A，采用CMOS制程工艺，具有精度高稳定性好等特点，其专门用于无线感应智能充电、供电管理系统中，可靠性能高。XKT-408A芯片负责处理该系统中的无线电能传输功能，采用电磁能量转换原理并配合接收部分做能量转换及电路的实时监控。其主要特点为：

RLC串联谐振电路的实验报告

RLC串联谐振电路的实验报告（1）实验目的： 1.加深对串联谐振电路条件及特性的理解。 2.掌握谐振频率的测量方法。 3.测定RLC串联谐振电路的频率特性曲线。 (2)实验原理： RLC串联电路如图所示，改变电路参数L、C或电源频率时，都可能使电路发生谐振。该电路的阻抗是电源角频率ω的函数：Z=R+j(ωL-1/ωC)当ωL-1/ωC=0时，电路中的电流与激励电压同相，电路处于谐振状态。谐振角频率ω0 =1/LC，谐振频率f =1/2πLC。谐振频率仅与原件L、C的数值有关，而与电阻R 和激励电源的角频率ω无关，当ω<ω 0时，电路呈容性，阻抗角φ<0；当ω>ω 时，电路呈感性，阻抗角φ>0。 1、电路处于谐振状态时的特性。（1）、回路阻抗Z 0=R,| Z |为最小值，整个回路相当于一个纯电阻电路。（2）、回路电流I 0的数值最大，I =U S /R。（3）、电阻上的电压U R 的数值最大，U R =U S 。（4）、电感上的电压U L 与电容上的电压U C 数值相等，相位相差180°，U L =U C =QU S 。 2、电路的品质因数Q 电路发生谐振时，电感上的电压（或电容上的电压）与激励电压之比称为电路的品质因数Q，即： Q=U L （ω ）/ U S = U C （ω ）/ U S =ω L/R=1/R* （3）谐振曲线。电路中电压与电流随频率变化的特性称频率特性，它们随频率变化的曲线称频率特性曲线，也称谐振曲线。在U S 、R、L、C固定的条件下，有

I=U S / U R =RI=RU S / U C =I/ωC=U S /ωC U L =ωLI=ωLU S / 改变电源角频率ω，可得到响应电压随电源角频率ω变化的谐振曲线，回路电流与电阻电压成正比。从图中可以看到，U R 的最大值在谐振角频率ω 处，此时，U L =U C =QU S 。U C 的最大值在ω<ω 处，U L 的最大值在ω>ω 处。图表示经过归一化处理后不同Q值时的电流频率特性曲线。从图中（Q 11/2时，U C 和U L 曲线才出现最大值，否则U C 将单调下降趋于0，U L 将单调上升趋于U S 。仿真RLC电路响应的谐振曲线的测量五、结论

DIY 磁耦合谐振式无线电力传输实验

DIY磁耦合谐振式无线电力传输实验一、实验内容 1．了解磁耦合无线电力传输的基本原理； 2．自组装和调试磁耦合式无线电力传输系统； 3. 探索频率和距离对无线电力传输的影响二、实验方法 1．确定LC电路的共振频率以下为确定LC电路的共振频率的几种方法，任选其中一种。方法一：利用实验室提供的LC电表分别测量线圈的电感和电容，然后利用公式（1）计算共振频率。方法二：如果线圈绕线比较规则，可以利用实验室提供的工具测量铜线的直径、线圈直径等参数，然后利用公式（3）计算线圈的电感，最后利用公式（1）计算共振频率。方法三：利用信号发生器和示波器观察LC电路的充放电过程，测量其共振频率，具体方法参考实验十七RLC串联电路的暂态过程。三、实验任务 1．研究工作频率对电力传输效率的影响按照下图在九孔面包板上完成实验系统的连接。 E 固定接收线圈与发射线圈的距离，如5厘米。改变工作频率，利用示波器测量接收电路的信号幅度和频率，完成如下表格并绘制幅度-频率曲线。表1 接收信号幅度与频率关系频率(kHz) 幅度(V) 2．研究无线电力传输的距离对传输效果影响调节R1的大小使得电路工作在共振频率之下，改变接收线圈与发射线圈的距离，利用示波器测量接收电路的信号幅度，完成如下表格并绘制幅度-距离曲线。表2 接收信号幅度与距离关系

距离(cm) 幅度(V) 3.自制电感线圈（可以和实验室提供的形状、匝数不同），并联电容形成LC电路，分别测量电感线圈的电感L和电容C的数值；计算其固有共振频率，接入上图所示电路，观察其共振情况和电力传输效果，做记录。四、报告要求 1.用坐标纸绘制上面的两条曲线，总结传输规律。 2.对自制的LC并联谐振电路的传输效果做分析和总结；对比实验室提供的LC电路，总结两者的特性和优劣。补充讲义实验七十七 DIY磁耦合谐振式无线电力传输实验你知道吗，不用电线就可以传输电力，点亮一个灯泡，这样的事情是利用什么原理和技术实现的？摒弃杂乱的输电导线，实现电力的无线传输一直以来都是人们追求的梦想。早在1890年，美国物理学家尼古拉斯?特斯拉就提出并设计了无线电力传输实验模型。2007年，一种新型的可实用化的磁耦合谐振式无线能量传输技术由MIT的一组科学家得以实现。这种传输技术具有传输距离长，穿透能力强的特点。随后在2010年青岛海尔公司就研制出了“无尾”电视，可以肯定的是随着人们对生活品质要求的日益提高，各种家电设备会逐渐采用这种新型的无线传电技术，它会为人们生活带来很大的便利。本实验为同学们自己动手实验探索利用磁耦合谐振原理进行无线电力传输提供了实验平台，通过实验你会深切地感到自己就可以研制这样一种实用的无线电力传输仪器。实验目的 1．了解磁耦合无线电力传输的基本原理； 2．自组装和调试磁耦合式无线电力传输系统； 3. 探索频率和距离对无线电力传输的影响实验系统本实验采用磁耦合谐振方式进行电力传输，系统的工作原理图如图1所示。 ·1·

无线电能传输装置电路原理分析

无线电能传输装置电路原理分析一、发射端 1.H桥工作原理及驱动分析要控制线圈内产生交流信号，需要给线圈提供正反向电压，这就需要四路开关去控制线圈两个输入端的电压。H桥驱动原理等效原理图图如图3-5所示，当开关S1和S3闭合时，电流从线圈左端流向线圈的右端；当开关S2和S4闭合时，电流从线圈右端流向线圈左端。图3-5H桥驱动原理等效电路图常用可以作为H桥的电子开关器件有继电器，三极管，MOS管，IGBT管等。普通继电器属机械器件，开关次数有限，开关频率上限一般在30HZ左右，而且继电器内部为感性负载，对电路的干扰比较大，但继电器可以把控制部分与被控制部分分开，实现由小信号控制大信号，所以高压控制中一般会用到继电器。三极管属于电流驱动型器件，设基极电流为I B，集电极电流为I C，三极管的放大系数为β，电源电压VCC，集电极偏置电阻R C，如果I B*β>=I C,则三极管处于饱和状态，可以当作开关使用，集电极饱和电流I C=VCC/R C，由此可见集电极的输出电流受到R C的限制，不适合应用于电流要求较高的场合。MOS管属于电压驱动型器件，对于NMOS来说，只要V DS≥V GS-V T即可实现NMOS的饱和导通，MOS管开启与关断的能量损失仅是对栅极和源极之间的寄生电容的充放电，对MOS管驱动端要求不高，同时MOS端可以做到很大的电流输出，因此一般用于需要大电流的场所。IGBT则是结合了三极管和MOS管的优点制造的器件，一般用于高压控制电路中。综合考虑，本设计选用了4只NMOS管组成H桥，其具有导通电阻R DS小，，电流I D大等优点。NMOS组成的H桥模型如图3-6所示。

串联谐振电路实验报告

串联谐振电路学号： 1028401083 姓名：赵静怡一、实验目的 1、加深对串联谐振电路条件及特性的理解 2、掌握谐振频率的测量方法 3、理解电路品质因数Q和通频带的物理意义及其测量方法 4、测量RLC串联谐振电路的频率特性曲线 5、深刻理解和掌握串联谐振的意义及作用 6、掌握电路板的焊接技术以及信号发生器、交流毫伏表等仪表的使用 7、掌握Multisim软件中的Functionn Generator 、 Voltmeter 、Bode Plotter等仪表的使用以AC Analysis 等SPICE仿真分析方法 8、用Origin绘图软件绘图二、实验原理 RLC串联电路如图2.6.1所示，改变电路参数L、C或电源频率时，都可以是电路发生谐振。 2.6.1 RLC谐振串联电路

1、谐振频率：f 0=LC π21 ，谐振频率仅与元件L 、C 的数值有关，而与电阻R 和激励电源的角频率w 无关 2、电路的品质因素Q 和通频带B 电路发生谐振是，电感上的电压（或电容上的电压）与激励电压之比称为电路的品质因素Q ，即C L R Q 1 = 定义回路电流下降到峰值在0.707时所对应的频率为截止频率，介于两截止频率间的频率范围为通带，即Q fo B = 3、谐振曲线电路中电压与电流随频率变化的特性称频率特性，他们随频率变化的曲线称频率特性曲线，也称谐振曲线 4、实验仪器：（1）计算机（2）通路电路板一块（3）低频信号发生器一台（4）交流毫伏表一台（5）双踪示波器一台（6）万用表一只（7）可变电阻（8）电阻、电感、电容若干（电阻100Ω，电感10mH 、4.7 mH ，电容100nF ）

无线电能传输装置F题

无线电能传输装置F题 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#

成都工业学院毕业设计论文课题名称：无线电能传输装置设计时间：2015.2.05—2015.5.18 系部：电气与电子工程系专业：供用电技术班级：1202161 姓名：刘佳福指导教师：目录

任务书 1.任务根据2014年TI杯大学生电子设计竞赛题F题：无线电能传输装置，设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图1所示。图1电能无线传输装置结构框图 2.要求（1）保持发射线圈与接收线圈间距离x=10cm、输入直流电压U1=15V时，接收端输出直流电流I2=0.5A，输出直流电压U2≥8V，尽可能提高该无线电能传输装置的效率η。（45分）（2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED 灯（白色、1W）。在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x。（45分）（3）其他自主发挥（10分）（4）设计报告（20分） 3.说明

（1）发射与接收线圈为空心线圈，线圈外径均20±2cm；发射与接收线圈间介质为空气。（2）I2=应为连续电流。（3）测试时，除15V直流电源外，不得使用其他电源。（4）在要求（1）效率测试时，负载采用可变电阻器；效率22 11100% U I U I η=?。（5）制作时须考虑测试需要，合理设置测试点，以方便测量相关电压、电流。摘要随着技术的不断发展与进步，无线电能传输技术越来越备受关注，尤其在一些特定场合，无线电能传输技术具有传统电缆线供电方式所不及的独特优势，可以极大地提高设备供电的可靠性、便捷性和安全性。在2008年8月的英特尔开发者论坛（IDF，Intel?Developer?Forum）上，西雅图实验室的约书亚·史密（Joshua?R.?Smith）领导的研究小组向公众展示了一项新技术——基于“磁耦合共振”原理的无线供电，在展示中成功地点亮了一个一米开外的60瓦灯泡，而在电源和灯泡之间没有使用任何电线。他们声称，在这个系统中无线电力的传输效率达到了75%。本设计主要由电生磁和磁生电两部分主成。第一部分发射电路由PWM集成控制电路TL494为主芯片的开关电源，以IR2110为驱动电路，控制两路输出，将电能传输给发射线圈，产生磁场；第二部分接收电路，接收线圈通过电磁感应将接收到的磁信号，转化成电能，整流滤波后，供负载LED灯正常发光。关键词：无线电能传输、磁耦合、串联谐振、传送效率、距离无线电能传输装置装置 1系统方案 1.1系统总体思路根据任务要求设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，用空心线圈制作了直径为20cm的发射和接收线圈；利用信号发生电路将输入的直流15V电转化为PWM 脉冲信号，通过线圈驱动电路产生交变电流，在空间产生交变的磁场，利用磁耦合谐振式原理，在接收线圈端产生感应电势和电流，将电能无线传输到接收线圈，实现无线电能的传输。经过几天的测试，制作出了传输效率达63.1%，线圈之间的距离x的值最大为 31cm的磁耦合谐振式无线电能传输装置，满足了设计要求。

实验报告 R、L、C串联谐振电路的研究

实验报告祝金华 PB15050984 实验题目：R 、L 、C 串联谐振电路的研究实验目的： 1. 学习用实验方法绘制R 、L 、C 串联电路的幅频特性曲线。 2. 加深理解电路发生谐振的条件、特点，掌握电路品质因数（电路Q 值）的物理意义及其测定方法。实验原理 1. 在图1所示的R 、L 、C 串联电路中，当正弦交流信号源U i 的频率 f 改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随f 而变。取电阻R 上的电压U O 作为响应，当输入电压U i 的幅值维持不变时，在不同频率的信号激励下，测出U O 之值，然后以f 为横坐标，以U O 为纵坐标，绘出光滑的曲线，此即为幅频特性曲线，亦称谐振曲线，如图2所示。 2. 在f ＝fo ＝ LC 21处，即幅频特性曲线尖峰所在的频率点称为谐振频率。此时X L ＝Xc ，电路呈纯阻性，电路阻抗的模为最小。在输入电压U i 为定值时，电路中的电流达到最大值，且与输入电压U i 同相位。从理论上讲，此时 U i ＝U R ＝U O ，U L ＝U c ＝QU i ，式中的Q 称为电路的品质因数。 3. 电路品质因数Q 值的两种测量方法一是根据公式Q ＝ o C U U 测定，U c 为谐振时电容器C 上的电压（电感上的电压无法测量，故不考虑Q= o L U U 测定）。另一方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度△f ＝f2－f1，再根据Q U m ax 02 U max 0U 0 102 L C R o i 图 1

＝ 1 2f f f O -求出Q 值。式中f o 为谐振频率，f 2和f 1是失谐时，亦即输出电压的幅度下降到最大值的2/1 (＝0.707)倍时的上、下频率点。Q 值越大，曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好。在恒压源供电时，电路的品质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数，而与信号源无关。预习思考题 1. 根据实验线路板给出的元件参数值，估算电路的谐振频率。 L=30mH fo ＝LC π21=1/(2×π6 31001.01030--???)=9188.81Hz 2. 改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振，电路中R 的数值是否影响谐振频率值？改变频率f,电感L ，电容C 可以使电路发生谐振，电路中R 的数值不会影响谐振频率值。 3. 如何判别电路是否发生谐振?测试谐振点的方案有哪些？判断：电容与电感的电压相等时，电路此时发生谐振；U i 与U 0相位相同时此时发生谐振；U i 与U 0大小相等时电路发生谐振。测量：理论计算，f=1/（2π√LC ）；仪表测量此时电流频率。 4．电路发生串联谐振时，为什么输入电压不能太大，如果信号源给出3V 的电压，电路谐振时，用交流毫伏表测U L 和U C ，应该选择用多大的量限？输入电压过大，L 、C 器件两端的电压远高于信号源电压；应该选用最大量程。 4. 要提高R 、L 、C 串联电路的品质因数，电路参数应如何改变？减小R,增大L ，同时等比例缩小C 。 5. 本实验在谐振时，对应的U L 与U C 是否相等？如有差异，原因何在？ U L ，U C 大小相等，方向相反，因为在谐振点L,C 的阻抗相等,二者阻抗方向相反。实验设备低频函数信号发生器，交流毫伏表，双踪示波器，频率计，谐振电路实验电路板实验内容 1. 利用HE-15实验箱上的“R 、L 、C 串联谐振电路”，按图3组成监视、测量电路。选C 1=0.01μF 。用交流毫伏表测电压，用示波器监视信号源输出。令信号源输出电压U i =3V ，并