<big id="xhu2w"><strong id="xhu2w"></strong></big>

    1. <acronym id="xhu2w"><form id="xhu2w"><address id="xhu2w"></address></form></acronym>
      <code id="xhu2w"></code>
      論文發表 | 論文范文 | 公文范文
      最新公告:目前,本站已經取得了出版物經營許可證 、音像制品許可證,協助雜志社進行初步審稿、征稿工作。咨詢:400-675-1600
      您現在的位置: 新晨范文網 >> 科技雜志 >> 電信技術雜志 >> 國外電子測量技術雜志 >> 正文

      特斯拉線圈無線充電模型設計研究

      定制服務

      定制原創材料,由寫作老師24小時內創作完成,僅供客戶你一人參考學習,無后顧之憂。

      發表論文

      根據客戶的需要,將論文發表在指定類別的期刊,只收50%定金,確定發表通過后再付余款。

      加入會員

      申請成為本站會員,可以享受經理回訪等更17項優惠服務,更可以固定你喜歡的寫作老師。

      《國外電子測量技術雜志》2016年第9期

      摘要:

      在無線電能傳輸的研究中,廣為人知的是發明者尼古拉•特斯拉發明的火花間隙特斯拉線圈,雖然該線圈結構簡單原理易懂,但是其大電壓、大電流的工作模式會危及使用者的生命安全。針對此問題設計了固態追頻特斯拉線圈和固態定頻特斯拉線圈,在實現無線電能傳輸的基礎上保障了使用者安全。經實驗證明,設計的3種電路無論是否正常工作,都不會產生危及使用者生命的電壓電流。其中固態追頻特斯拉線圈可以在9V電池供電的情況下點亮節能燈,固態定頻特斯拉線圈可以在12V直流電壓供電的情況下實現次級線圈尖端放電。

      關鍵詞:

      特斯拉線圈;無線電能傳輸;固態特斯拉線圈

      1引言

      由于常規的電力傳輸越來越無法滿足人們的日常需求,人們開始把目光投向了無線充電,因此無線充電成為了時下研究的熱點。傳統的特斯拉線圈[1]是在1891年由美籍塞爾維亞裔科學家尼古拉•特斯拉發明。該種特斯拉線圈為傳統的火花間隙特斯拉線圈,其工作原理為利用諧振的方式,使兩級線圈振蕩升壓,讓放電終端可獲得高頻高壓的交流電,即用高壓諧振進行能量轉換的高壓發生裝置。該種特斯拉線圈的一大弊端是初級線圈必須產生火花間隙,通過火花間隙制造出來的諧振頻率傳輸電能,而產生火花間隙就使得電路中必須有大電壓和大電流。使用者在操作火花間隙特斯拉線圈時,稍有錯誤就會危及生命安全[2]。在科學研究中為了避免使用者受到傷害,國內外使用者會穿上昂貴的特制衣服“法拉第籠”,因為“法拉第籠”可以把使用者接觸到的危險電流直接導入大地中。除了上述方法外就是改良特斯拉線圈的電路,國內外中應用最為廣泛的電路是固態特斯拉線圈,因為該電路中不會產生大電壓和大電流,這也就從設計上保障了使用者的安全。本文設計的3款新型電路就屬于固態特斯拉線圈的范疇,相比于一般而言的準連續波雙諧振固態特斯拉線圈、連續波雙諧振固態特斯拉、固態-真空管特斯拉線圈等固態特斯拉線圈而言,本文設計的特斯拉線圈在保證無線電能傳輸的基礎上,具有更長的工作時間、較低的工作電壓電流和簡單的電路結構。

      2系統總體設計

      本著取材簡單、成本低廉、易于制作及推廣的原則,設計了3種電路,主要實現以下功能。1)無線電能傳輸[3]。可以在9V電源供電的情況下實現無線電能傳輸,即點亮次級線圈端的節能燈。2)次級線圈尖端火花放電。通過在次級線圈尖端放置鐵釘的方式,使得次級線圈尖端放電,從而看到電弧。

      3電路設計

      3.1基本電路設計

      基本電路由一個22kΩ電阻、2N2222A三極管、LED、9V電源、初級線圈和次級線圈組成[4],其電路如圖1所示。在該電路中,其工作過程描述如下。接通電路,22kΩ電阻驅動三極管的基極,三極管接通并驅動電流流入初級線圈,其中該電流(集電極)是受到基極電流限制的。集電極電流所創建的磁場驅動初級線圈端,使得次級線圈的電壓變大。但是輸出端的微小寄生電容會阻礙電壓升高,在次級線圈端的電壓上升至飽和的同時,初級線圈端電壓下降,使得三極管的基極電流下降。二極管可以防止基極電壓下降超過0.7V以下,確保三極管的偏置電壓。此外該三極管關斷,磁場開始減小。基極電壓再次上升和三極管接通,重復該循環,實現特斯拉線圈的正常工作[5]。

      3.2拓展電路一(功率增強型的固態追頻特斯拉線圈)

      相比于基本電路,拓展電路一在傳輸功率上有所提升,其供電方式也改為實驗室電源供電,高功率MOSFET晶體管2SK2542代替了普通三極管[6],同時也增加了一個MIC4452柵極驅動器,其電路如圖2所示。在該電路中,提高了初級線圈的發出功率[7],則相應的次級線圈的接收功率也變大了,進而使得該裝置可以傳輸更高的能量,演示現象時效果更為明顯。值得注意的是,因為電路中L和C的值相較于基本電路未改變,使得諧振頻率也沒有改變。經過計算得知,該電路中的諧振頻率在1MHz左右,這就要求電路中的MOSFET晶體管也可以在這樣的頻率工作,否則電路不會產生振蕩。

      3.3拓展電路二(固態定頻特斯拉線圈)

      拓展電路二中,該電路由原來的固態追頻特斯拉線圈改為固態定頻特斯拉線圈。該電路相比于拓展電路一又增大了發射功率,使得使用者可以在次級線圈端引出電弧。該電路由施密特振蕩電路、初級線圈和次級線圈組成[8],詳細電路如圖3所示。由圖3可知,5V電壓由U1產生,該電壓為低功耗比較器和運放電路供電。12V電壓由電感L1和電容過濾而成,該電壓驅動U4的MOSFET柵極,此時MOSFET柵極電容中的電流會迅速達到峰值,使得電路中的噪聲對振蕩器電路的影響增大[9]。因此要注意地線的分布,確保振蕩電路中的地線不是通過電源電路提供的。固態定頻特斯拉線圈的一大特點是需要調節電路中的發射頻率,使其和諧振頻率相吻合,只有這樣才可以實現無線電能傳輸和次級線圈尖端放電。經過計算此電路中的諧振頻率約為1MHz。其中,U2是一個施密特觸發器的振蕩電路,可以通過POT1電位器調節電路中的頻率為1MHz。振蕩器輸出電路中把從電容C7輸出的電壓轉變成鋸齒波,該信號與POT2創建的直流電壓相比較,產生一個占空比可調的PWM波。此PWM通過U4柵極驅動器控制Q1到Q4的MOSFET晶體管打開/關閉。當MOSFET打開時,初級線圈的電流改變[10],當MOSFET關斷時,電路中的能量會轉換成一個大電壓加在初級線圈,從而使次級線圈獲得大電壓,同時次級線圈會產生電弧。特別說明,該電路為直流電源供電。

      4實物測試及達到的技術指標

      在根據本文設計的電路圖實際焊接后,進過測試,實現了9V電源如供電下無線電能傳輸和尖端火花放電,實物圖4所示。在對比測試中,在同等距離點亮節能燈的條件下,火花間隙特斯拉輸入電壓為220V交流電,輸入電流為23A,固態追頻特斯拉線圈輸入電壓為12V,輸入電流為0.32A,固態定頻特斯拉線圈輸入電壓為32V,輸入電流為6A。實驗表明,固態追頻特斯拉線圈在相同條件下具有更高的安全性,印證了實驗設計初衷。

      5結論

      經過實驗表明,本文設計的3款新穎特拉線圈解決了傳統火花間隙特斯拉線圈安全性過低的問題。經過數據對比發現,固態追頻特斯拉線圈更容易保持在諧振頻率下傳輸電能,這也就大大提高了傳輸效率,節省了電能損耗。特別是固態追頻的特斯拉線圈固有的電路特性,減少了設置諧振頻率的步驟,簡化了操作難度,使得小功率無線傳輸電能成為可能。雖然本文設計的特斯拉線圈有著如此多的優點,但是是否能應用于實際生活中在很大程度上還取決于傳輸效率。在以后的研究中,會根據傳輸效率問題做進一步探討,繼續挖掘新型電路的潛力。

      參考文獻:

      [1]張自成,楊漢武,張建德,等.緊湊型Tesla變壓器的參數測量[J].國防科技大學學報,2008(4):15-16.

      [2]孫躍,王智慧,戴欣.非接觸電能傳輸系統的頻率穩定性研究[J].電工技術學報,2005,20(11):56-59.

      [3]孫文軍,芮國勝,張嵩,等.基于自激振蕩系統的混沌穩健檢測模型[J].儀器儀表學報,2015,36(12):2657-2665.

      [4]唐旭英.雙耦合諧振回路選頻特性仿真研究[J].國外電子測量技術,2015,34(3):42-45.

      [5]黃文婷,鄭婧,黃海,等.電力變壓器振動信號分離方法研究[J].電子測量與儀器學報,2016,30(1):111-117.

      [7]屠張杰,卜雄洙,徐淼淼.電磁耦合式無線供電在金屬軸環境中的渦流損耗分析[J].電子測量技術,2016,39(3):38-41.

      [9]曾祥耀,饒玉凡.空心雙諧振脈沖變壓器的仿真研究[J].廣東電力,2010(5):14-15.

      [10]鄒華昌,喬江,宋浩誼.開關電源的緩沖電路設計[J].微電子學,2008(2):25-26.

      作者:王毅偉 郭穎 單位:遼寧石油化工大學信息與控制工程學院

      國外電子測量技術雜志責任編輯:馮紫嫣    閱讀:人次
      科技雜志相關文章
        沒有相關文章
      十一选五计划软件