本文關鍵詞：旋轉機械故障診斷系統(tǒng)的電磁耦合諧振無線供電研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：機械設備在工作過程中會出現各種形式的故障。對于連續(xù)工作的設備,需要使用嵌入式傳感器對可能出現故障的工作點進行實時監(jiān)測,為旋轉機械上的嵌入式傳感器提供能量成為需要解決的問題。傳統(tǒng)的電池和其它供電方式存在諸多限制和不便。電磁耦合諧振無線供電技術克服了傳統(tǒng)供電技術的不足之處,可以實現中等距離較大功率電能的傳輸。本文提出將電磁耦合諧振無線供電技術應用到旋轉機械故障診斷系統(tǒng)以解決嵌入式傳感器的供電問題,對該技術展開相關研究,主要的工作內容和結論如下： 1.介紹了當前三種主要的無線供電技術(微波無線供電、電磁感應無線供電、電磁耦合諧振無線供電)的原理、特點和國內外的研究情況。微波無線供電傳輸距離遠但效率低且易受障礙物影響；電磁感應無線供電傳輸功率大,但距離近；而電磁耦合諧振無線供電很好地解決了前兩種方式的問題具有較遠的傳輸距離和較高的效率。并根據旋轉機械故障診斷系統(tǒng)無線供電的特點選用電磁耦合諧振無線供電技術進行主要研究。 2.從物理學角度對電磁耦合諧振無線供電系統(tǒng)進闡述。將發(fā)射電磁場分為近場區(qū)和遠場區(qū)并對其特點進行了分析,得出系統(tǒng)主要工作于近場區(qū)電磁場,對載流線圈的耦合以及組成的諧振回路進行原理分析。然后通過耦合模型理論(CMT)研究系統(tǒng)的傳輸的損耗、功率、效率和傳輸機理,對傳輸過程中能量的狀態(tài)進行分析。最后結合等效電路理論將系統(tǒng)簡化為電路模型,從電路角度分析頻率、阻抗和距離對傳輸效率的影響。 3.詳細闡述了電磁耦合諧振無線供電系統(tǒng)的結構。首先對系統(tǒng)進行總體設計,系統(tǒng)由直流電源、信號發(fā)生電路、高頻功率放大電路、發(fā)射端諧振回路、接收端諧振回路、整流濾波電路以及負載組成。然后主要研究了各類信號發(fā)生電路的和高頻功率放大電路的工作原理并進行設計,設計了兩級適合電磁耦合諧振無線供電系統(tǒng)的寬頻線性功率放大器。對收發(fā)端線圈的自感、互感和電容進行分析,以此為依據制作線圈并匹配諧振電容來組成諧振電路。對接收端的整流濾波電路進行設計并選用負載。最后根據對各個模塊的設計搭建無線供電平臺成功實現了20cm距離7.5W電能的無線傳輸,效率約為62%。 4.對無線供電系統(tǒng)的耦合磁場進行了有限元分析。首先分析不同激勵信號和線圈參數對單線圈發(fā)射磁場強度的影響,得出增大激勵電壓幅度、線圈半徑、匝數可以增強磁場強度的結論。然后分析了半徑、匝數和距離對一對線圈耦合磁場強度的影響,線圈耦合磁場隨著距離的增大而減弱；在相同距離上,增大線圈半徑和匝數可以增強磁場強度。最后分析了距離對三維接收線圈的耦合磁場強度的影響,隨著距離的增大,磁場的分布范圍增大,但強度減小。通過分析激勵信號參數、距離線圈參數對耦合磁場的影響為后文設計實驗研究傳輸特性提供了理論依據和指導。 5.在實現電磁耦合諧振無線供電系統(tǒng)的基礎上研究其傳輸特性。實驗發(fā)現只有當系統(tǒng)發(fā)生諧振時傳輸效率最高；同時提高發(fā)射電壓、增大線圈半徑、匝數、線徑、諧振電容可以在提高系統(tǒng)的傳輸性能。研究了角度變化對傳輸的影響,在此基礎上設計三維接收線圈進行實驗,結果表明接收端線圈的三維結構可以實現多方向接收能量。并且對電磁耦合諧振無線供電技術的穿透性和安全性進行了分析,得到該技術對非金屬材料具有良好的穿透性。
【關鍵詞】：電磁耦合諧振 嵌入式傳感器 耦合磁場 互感 傳輸效率 多方向性
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH165.3
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 引言12
• 1.2 無線供電技術國內外研究現狀12-16
• 1.2.1 微波無線供電技術13-14
• 1.2.2 電磁感應無線供電技術14-15
• 1.2.3 電磁耦合諧振無線能量傳輸技術15-16
• 1.3 課題背景及研究的目的和意義16-17
• 1.4 課題研究的主要內容17-20
• 第二章 電磁耦合諧振式無線供電理論研究20-28
• 2.1 電磁耦合諧振無線供電物理基礎20-22
• 2.1.1 電磁場近場區(qū)20-21
• 2.1.2 磁耦合21
• 2.1.3 諧振電路21-22
• 2.2 耦合諧振理論22-23
• 2.3 傳輸機理23-24
• 2.4 能量傳輸狀態(tài)分析24-26
• 2.5 電路模型分析26-27
• 2.6 本章小結27-28
• 第三章 電磁耦合諧振無線供電系統(tǒng)設計28-54
• 3.1 電磁耦合諧振無線供電系統(tǒng)總體結構設計28-29
• 3.2 直流電源29
• 3.3 信號發(fā)生電路29-32
• 3.3.1 信號發(fā)生電路工作原理及設計29-31
• 3.3.2 無線供電系統(tǒng)的信號發(fā)生電路31-32
• 3.4 高頻功率放大器32-44
• 3.4.1 A類高頻功率放大器32-34
• 3.4.2 B類高頻功率放大器34-36
• 3.4.3 AB類高頻功率放大器36-37
• 3.4.4 C類高頻功率放大器37-39
• 3.4.5 開關型高頻功率放大器39-41
• 3.4.6 無線供電系統(tǒng)放大器設計41-44
• 3.5 發(fā)射端與接收端設計44-50
• 3.5.1 線圈自感45-46
• 3.5.2 線圈阻抗46-48
• 3.5.3 電容48
• 3.5.4 線圈互感48-50
• 3.6 整流濾波電路50-51
• 3.7 負載51
• 3.8 電磁耦合諧振無線供電實驗平臺51-52
• 3.9 本章小結52-54
• 第四章 線圈耦合磁場有限元仿真分析54-66
• 4.1 電磁場有限元分析及軟件應用54
• 4.2 單線圈磁場仿真分析54-58
• 4.3 雙線圈耦合磁場仿真分析58-63
• 4.4 三維接收線圈耦合磁場仿真63-64
• 4.5 本章小結64-66
• 第五章 電磁耦合諧振無線供電實驗與結果分析66-84
• 5.1 電磁耦合諧振無線供電傳輸特性分析66-74
• 5.1.1 驅動信號頻率對傳輸的影響66-67
• 5.1.2 電源電壓對傳輸特性的影響67-69
• 5.1.3 線圈半徑對傳輸特性的影響69-70
• 5.1.4 線圈線徑對傳輸特性的影響70-71
• 5.1.5 線圈匝數對傳輸特性的影響71-73
• 5.1.6 電容對傳輸性能的影響73-74
• 5.2 電磁耦合諧振無線電能傳輸方向特性研究74-75
• 5.3 多方向接收端研究75-80
• 5.3.1 三維接收端結構設計76
• 5.3.2 接收端電路設計76-79
• 5.3.3 三維接收端實驗79-80
• 5.4 穿障實驗及分析80-81
• 5.5 安全性分析81
• 5.6 本章小結81-84
• 第六章 總結與展望84-86
• 6.1 本文工作總結84-85
• 6.2 未來工作展望85-86
• 參考文獻86-90
• 致謝90-92
• 攻讀碩士研究生期間發(fā)表的學術論文92

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

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  本文關鍵詞：旋轉機械故障診斷系統(tǒng)的電磁耦合諧振無線供電研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：401257