电能无线传输实验仪

电能无线传输实验仪

电磁学实验 固体物理专业实验 电气、电工专业实验

同济大学物理实验中心

仪器简介

近年来，电能无线传输技术受到人们越来越多的关注，国内外关于电能无线传输方面的研究在深度和广度两方面都取得了很大进展，并应用于电动汽车充电、无线充电式家用电器和医学仪器等领域。

磁耦合谐振式（Electromagnetic Resonance）无线能量传输技术是利用了近场低频电磁波的共振现象，即利用非辐射性磁耦合谐振原理来进行远距离能量传输。当两个具有相同固有频率的电磁系统间隔一定的距离时，由于电磁耦合而产生谐振，两系统之间就可以实现能量传输。这种传输方式特点在于：利用谐振原理，使两个线圈发生自谐振，线圈回路阻抗达到最小，从而使大部分能量从发射线圈往接收线圈传输，提高能量传输效率。

图1.电能无线传输实验仪

实验目的

1.学习基于磁耦合谐振的电能无线传输实验原理；

2.搭建电能无线传输实验系统，并测量传输效率等；

3.观测磁耦合谐振中的谐振频率劈裂现象；

4.研究磁单负材料在电能无线传输中的应用。

特色与优势

电能无线传输实验项目是电磁科学研究前沿理论与市场应用前沿技术的结合，也是物理学与电气电力学科实验教学内容的全新结合。

实验内容设计基于磁共振耦合理论的电能无线传输现象，既可从物理理论上通过经典的耦合模理论解释其现象，也可以用电气、电工学科的LC共振电路模型来进行分析。因此，该实验将基础理论、学术前沿与应用热点有机整合，并涵盖多学科知识点，可根据所面向的学生，从不同的专业角度编制针对性教材，灵活设置课程内容，具有很强的学科交叉特点。

实验内容

1.搭建电能无线传输实验系统。

磁谐振耦合无线能量传输系统实验仪主要包括：信号激励源，接收检测示波器，发射与接收配谐振线圈及配件等。

2.测量系统谐振频率：

设置交流信号源输出正弦波信号，其频率范围为5MHz-25MHz，电压波形峰峰幅值Up-p=10V。调节正弦信号频率，观察示波器上显示电压幅值的变化，确定系统的谐振频率。

3.测量传输效率：改变发射端谐振线圈与接收端谐振线圈的间距，记录示波器接收的线圈上的电压波形峰峰值，计算传输效率。

4.改变传输距离，观察谐振频率劈裂现象，并测量相应的传输效率。

5.绘制传输效率与频率的关系曲线。

6.实验拓展：

采用磁单负Metamaterials材料提高无线电能传输效率。

图2.无线电能传输实验中传输效率‐频率关系图