【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由監(jiān)控區(qū)域內(nèi)部署的多個傳感器節(jié)點互相通信形成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。但是在目前的技術(shù)條件下,傳感器節(jié)點只能依賴電池的供電進(jìn)行工作,這意味著當(dāng)無法及時提供外界能量的時候,傳感器網(wǎng)絡(luò)會耗盡壽命從而停止工作運(yùn)行。所以,關(guān)于如何延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作時間是研究領(lǐng)域中的一個長期熱點和難點。而在多種無線集能技術(shù)中,基于空間磁能的集能技術(shù)對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和智能電網(wǎng)的發(fā)展具有極大的促進(jìn)作用,在未來具有廣闊的應(yīng)用前景。在智能電網(wǎng)尤其是高壓變電站中,磁場分量豐富。為了將磁能轉(zhuǎn)換為電能以供無線傳感器供電,本文建立了圓柱型環(huán)繞式磁能轉(zhuǎn)換器拓?fù)涞臄?shù)學(xué)分析模型,并從磁性骨架材料、磁性骨架結(jié)構(gòu)參數(shù)和集能線圈的匝數(shù)三個方面優(yōu)化其感應(yīng)電動勢的數(shù)值,從而得到圓柱型環(huán)繞式磁能轉(zhuǎn)換器的設(shè)計原則并進(jìn)行仿真驗證,結(jié)果驗證了磁能轉(zhuǎn)換器的良好工作性能。提出了一種改進(jìn)的球型環(huán)繞式磁能轉(zhuǎn)換器,研究了其內(nèi)外半徑的大小變化對其集能效果的影響,對比了兩種環(huán)繞式磁能轉(zhuǎn)換器的集能能力,驗證了球型模型的高效性,并給出了優(yōu)化效果最好時的結(jié)構(gòu)條件,最后經(jīng)過仿真驗證了理論的正確性�？紤]實際中磁場源無法穿過能轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的情況,提出了分離式磁能轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),建立了分離式磁能轉(zhuǎn)換器的數(shù)學(xué)分析模型,并從集能線圈匝數(shù)、骨架材料相對磁導(dǎo)率、空間磁感應(yīng)強(qiáng)度和鐵芯骨架的結(jié)構(gòu)等四個方面對集能轉(zhuǎn)換器的感應(yīng)電動勢進(jìn)行優(yōu)化分析,最終的仿真結(jié)果對實際應(yīng)用具有指導(dǎo)性的意義。為了解決傳統(tǒng)智能電網(wǎng)用無線集能裝置調(diào)理單元能量轉(zhuǎn)換效率較低,輸出電壓不穩(wěn)定的缺陷。設(shè)計了一種集能加速調(diào)理單元以及反激式電路穩(wěn)壓調(diào)理單元,使能量轉(zhuǎn)換效率和電壓穩(wěn)定性都有了顯著提高,保證了無線傳感器的穩(wěn)定工作,性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的調(diào)理電路,更加適用于智能電網(wǎng)用無線集能裝置能量的轉(zhuǎn)換與利用,對集能轉(zhuǎn)換器在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用和發(fā)展起到了促進(jìn)作用。
【圖文】：

令６＝０邐０，ｒ是外直徑和內(nèi)徑的差。方程的目標(biāo)函數(shù)可表示為：逡逑（＾）逡逑目標(biāo)函數(shù)Ｊ是變量／的二元函數(shù)。結(jié)果如圖２．３所示，目標(biāo)函數(shù)ｄ的最大值逡逑在尋優(yōu)結(jié)果邊界點。即當(dāng)變量ａ是最小值時，，ｄ取得最大值。逡逑１２逡逑

那么我們在優(yōu)化過程中將內(nèi)徑設(shè)置在０．５厘米到１０厘米之間變化。逡逑當(dāng)內(nèi)徑ａ分別為０．５厘米、１厘米、２厘米、３厘米時，Ｊ與／之間的關(guān)系曲線如逡逑圖２．４所示。逡逑２邋■邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋—．邋．邋＿邐邋■邋■逡逑邐逡逑＂■２邐，ｔｏｎ逡逑＾邋Ｉ邐—邐？逡逑Ｉ邋：邐：逡逑Ｍ邋＼邐■逡逑ＵＩ３邋＼邐■逡逑ＭＶ邋＼邐．逡逑似＇．一一一邐■逡逑卜、－１邐＿邋－邋＿邐｜逡逑ｕ邋１邋ｔ／ｔｍａ邐４邐５邐０邋ｆ邐ａ邋ａ邐：。逡逑圖２．４邋Ａ隨ｔ變化曲線圖逡逑當(dāng)磁性骨架體積保持不變時，圓柱型環(huán)繞式磁能轉(zhuǎn)換器骨架結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化逡逑問題就可以轉(zhuǎn)化為以底面內(nèi)徑和外徑為變量的二元函數(shù)的求極值問題。從圖２．４逡逑可以看出，如果固定變量ａ不變，那么優(yōu)化函數(shù)的值隨著ｆ的增加而減小，當(dāng)逡逑和ｆ的值最小時，這時候ｄ能夠取得最大值。逡逑根據(jù)上述分析得出結(jié)論，在制造條件允許的范圍內(nèi)，磁性骨架底面的內(nèi)外徑逡逑應(yīng)越小越好。而當(dāng)磁性骨架體積不變時，將內(nèi)徑和外徑設(shè)置的越小，其高度就逡逑越大。這符合前面公式中感應(yīng)電動勢與高度成正比的結(jié)論［５７＿５８］。逡逑（３）集能線圈匝數(shù)逡逑根據(jù)公式（２－３）感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動勢與其匝數(shù)７Ｖ的值成正比，所以，如逡逑果制造工藝允許
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM619

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2666887