2023年Multisim仿真-無(wú)線(xiàn)電能傳輸項(xiàng)目設(shè)計(jì)

無(wú)線(xiàn)電能傳輸無(wú)線(xiàn)電能傳輸工程設(shè)計(jì)無(wú)線(xiàn)電能傳輸工程設(shè)計(jì)1無(wú)線(xiàn)電能傳輸預(yù)備學(xué)問(wèn)〔一〕工程設(shè)計(jì)的目的：在實(shí)踐中對(duì)現(xiàn)代電工技術(shù)的理論學(xué)問(wèn)做進(jìn)一步穩(wěn)固；熬煉對(duì)綜合運(yùn)用力量。〔二〕試驗(yàn)內(nèi)容和要求：〔芯片〕的前提下，設(shè)計(jì)一個(gè)非接觸供電系統(tǒng)。原理電路如以下圖所示，實(shí)現(xiàn)對(duì)小型電器供電或充電等功能。電源 振蕩器

耦合線(xiàn)圈功放

耦合線(xiàn)圈AC/DC 充電電路D〔三〕要求用仿真軟件對(duì)電路進(jìn)展驗(yàn)證，使其滿(mǎn)足以下功能：供電局部輸入36V以下的直流電壓，具有向多臺(tái)電器設(shè)備非接觸供電的功能。在輸出功率≥1W的條件下，轉(zhuǎn)換效率≥15%，最大輸出功率≥5W。設(shè)計(jì)報(bào)告必需包括建仿照真結(jié)果multisim生成PCB板2無(wú)線(xiàn)電能傳輸〔一〕無(wú)線(xiàn)能量傳輸技術(shù)介紹依據(jù)電能傳輸原理，可將WPTWPT、電磁感應(yīng)WPT、電磁共振式WPT，下面分別予以介紹。微波無(wú)線(xiàn)能量傳輸所謂微波WPT，就是以微波(頻率在300MHz-300GHz之間的電磁波)為載體在自由空間無(wú)線(xiàn)傳輸電磁能量的技術(shù)。利用微波源將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒉?，由天線(xiàn)放射，經(jīng)長(zhǎng)距離的傳播后再由天線(xiàn)接收，最終經(jīng)微波整流器等重轉(zhuǎn)換為電能使用。微波頻率傳輸所具備的“定向、可穿透電離層”等特性，使得該能量傳送2060場(chǎng)合有著重要的應(yīng)用價(jià)值。微波WPT主要用于如微波飛機(jī)、衛(wèi)星太陽(yáng)能電站等遠(yuǎn)距輸電場(chǎng)合，其中衛(wèi)星太陽(yáng)能電站作為人類(lèi)應(yīng)對(duì)能源危機(jī)的有效策略已成為美國(guó)、日本等國(guó)大力進(jìn)展的重要航天工程。目前，限制微波WPT技術(shù)進(jìn)一步進(jìn)展的主要技術(shù)瓶頸在于高效微波整流器件、大功率微波天線(xiàn)以及大功率微波電磁場(chǎng)的生物安全性和生態(tài)環(huán)境的影響問(wèn)題。然而，由于工作頻率高、系統(tǒng)效率較低，微波WPT離較短的應(yīng)用場(chǎng)合。電磁感應(yīng)式無(wú)線(xiàn)能量傳輸電磁感應(yīng)式WPT是基于電磁感應(yīng)原理，利用原、副邊分別的變壓器，在較近距離條件下進(jìn)展無(wú)線(xiàn)電能傳輸?shù)募夹g(shù)。目前較成熟的無(wú)線(xiàn)供電方式均承受該技術(shù)，典型的應(yīng)用包括西蘭國(guó)家地?zé)峁珗@的30kW旅客電動(dòng)運(yùn)輸車(chē)、Splashpower公司的無(wú)線(xiàn)充電器等?？梢钥闯?，無(wú)論是小功率的消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品還是EV無(wú)線(xiàn)供電系統(tǒng)，電磁感應(yīng)式WPT技術(shù)都可有效實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)供電。然而，電磁感應(yīng)式WPT率急劇下降；傳輸效率對(duì)非接觸變壓器的原、副邊的錯(cuò)位格外敏感等等。3無(wú)線(xiàn)電能傳輸電磁共振式無(wú)線(xiàn)能量傳輸電磁共振式WPT，是美國(guó)MITSoljai領(lǐng)導(dǎo)的爭(zhēng)論小組在2023年提出的突破性技術(shù)。他們使用兩個(gè)固有諧振頻率相等的銅線(xiàn)圈(為便利表述，稱(chēng)其為“變壓器”)，在共振鼓勵(lì)條件下(即鼓勵(lì)頻率等于線(xiàn)圈的固有諧振頻率)，距離2m60W40%。壓器繞組間錯(cuò)位的敏感度減小，長(zhǎng)野日本無(wú)線(xiàn)公司給出了原、副邊繞組相互垂直的試驗(yàn)圖片；此外，利用共振模式對(duì)鼓勵(lì)頻率要求的嚴(yán)格性，可通過(guò)合理設(shè)置鼓勵(lì)頻率，向指定電器供電，提高安全性。然而，目前該方向的爭(zhēng)論要么過(guò)于理論化，要么為試驗(yàn)爭(zhēng)論，缺乏對(duì)應(yīng)用、工程設(shè)計(jì)有定量指導(dǎo)意義的爭(zhēng)論成果，但毋庸置疑，電磁共振式WPT由于能量的高效耦合將成為WPT技術(shù)的一個(gè)重要爭(zhēng)論方向。線(xiàn)能量傳輸具有無(wú)敏感的方向性、無(wú)輻射等優(yōu)點(diǎn)。〔二〕磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)能量傳輸系統(tǒng)能量傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成能量傳輸系統(tǒng)包括電源端與負(fù)載端兩局部。電源端包含導(dǎo)線(xiàn)繞制并與電容并聯(lián)的線(xiàn)圈(源線(xiàn)圈)，以及為線(xiàn)圈供給電能的高頻電源；相隔一段距離的接收的負(fù)載。能量傳輸系統(tǒng)的工作原理以空氣為媒質(zhì)的時(shí)變磁場(chǎng)。率振蕩的能量交換，即兩諧振體組成耦合諧振系統(tǒng)。4無(wú)線(xiàn)電能傳輸無(wú)線(xiàn)供電系統(tǒng)由電源電路、高頻振蕩電路、高頻功率放大電路、放射、接收線(xiàn)圈和高頻整流濾波電路五局部組成。非接觸供電系統(tǒng)框架如以下圖1所示，最終給可充電電池充電。從無(wú)線(xiàn)電路傳輸?shù)脑砩峡矗娔?、磁能隨著電場(chǎng)與磁場(chǎng)的周期變化以電磁波的形式向空間傳播，要產(chǎn)生電磁波首先要有電磁振1非接觸供電系統(tǒng)框圖〔一〕高頻振蕩電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案方案一：承受LC諧振回路產(chǎn)生所需的頻率。優(yōu)點(diǎn)是可以產(chǎn)生任意所需載波，缺點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度比較低〔2。波。優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)潔，頻率穩(wěn)定。缺點(diǎn)就是不能產(chǎn)生任意頻率的載波〔見(jiàn)圖3。方案二。而且具有電路簡(jiǎn)潔，頻率穩(wěn)定的有點(diǎn)。5無(wú)線(xiàn)電能傳輸2LC3晶振電路晶振電路的工作原理外加電壓在肯定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱(chēng)為壓控振蕩器〔VCO。晶振在數(shù)字電路的根本作用是供給一個(gè)時(shí)序掌握的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻。數(shù)字電路的工作是依據(jù)電路設(shè)計(jì)，在某個(gè)時(shí)刻特地完成特定的任務(wù)，假設(shè)沒(méi)有一個(gè)時(shí)序掌握了。晶振的作用是為系統(tǒng)供給根本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各局部保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。晶振，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上適宜的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電6無(wú)線(xiàn)電能傳輸路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反響電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。件，通常分成有源晶振和無(wú)源晶振兩個(gè)大類(lèi)。晶體振蕩器仿真41.5MHz的?！捕彻β史糯笃髟O(shè)計(jì)β倍，β是三極管的溝通放大7無(wú)線(xiàn)電能傳輸β倍，然后將這個(gè)信號(hào)用隔直電容隔離出來(lái)，就得到了電流(或電壓)是原β倍的大信號(hào)，這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。經(jīng)過(guò)不斷的電流放大，就完成了功率放大。功率放大器原理〔或信號(hào)失真度〕等。這幾項(xiàng)指標(biāo)要求是相互沖突的，在設(shè)計(jì)放大器時(shí)應(yīng)依據(jù)具體要求，突出一些指可分為甲類(lèi)、乙類(lèi)和丙類(lèi)等。為了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙類(lèi)、丙類(lèi)，即晶體管工作延長(zhǎng)到非線(xiàn)性區(qū)域。功率放大器分類(lèi)ABDT類(lèi)放大器等五大類(lèi)。A類(lèi)放大器的主要特點(diǎn)是：放大器的工作點(diǎn)Q設(shè)定在負(fù)載線(xiàn)的中點(diǎn)四周，晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通。放大器可單管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲線(xiàn)的線(xiàn)性范圍內(nèi)，所以瞬態(tài)失真和交替失真較有25%，且有較大的非線(xiàn)性失真。由于效率比較低現(xiàn)在設(shè)計(jì)根本上不在再使用。B(VCC，0)處，當(dāng)沒(méi)有信號(hào)輸Vi，Q1Q2(78%)，但是因放大器有一段工作在非線(xiàn)性區(qū)域內(nèi)，故其缺點(diǎn)是“交越失真“較大。即當(dāng)信號(hào)在-0.6V~0.6VQ1Q2都無(wú)法導(dǎo)通而引起的。所以這類(lèi)放大器也漸漸被設(shè)計(jì)師摒棄。推挽工作?？梢员荛_(kāi)交越失真。交替失真較大，可以抵消偶次諧波失真。有效8無(wú)線(xiàn)電能傳輸率較高，晶體管功耗較小的特點(diǎn)。DPCMPWM(脈沖寬PDM(PWMPDM/斷音頻功率放大器，也稱(chēng)為開(kāi)關(guān)放大器。具有效率高的突出優(yōu)點(diǎn)。具有很高的效率，通常能夠到達(dá)85%以上。體積小，可以比模擬的放大電路節(jié)約很大的空間。無(wú)裂噪聲接通。低失真，頻率響應(yīng)曲線(xiàn)好。外圍元器件少，便于設(shè)計(jì)調(diào)試。T類(lèi)功率放大器的功率輸出電路和脈寬調(diào)制D類(lèi)功率放大器一樣，功率晶D1、它不是使用脈沖調(diào)寬的方法，2、它的功率晶體管的切換頻3、T設(shè)計(jì)方案AD815)可以用來(lái)設(shè)計(jì)高頻功放。集成功放具有穩(wěn)定度高，需要調(diào)整的參數(shù)少的特點(diǎn)，缺點(diǎn)是效率較低〔集成功放一般承受線(xiàn)性放大要求?？梢栽O(shè)計(jì)不同構(gòu)造的放大器以獲得最大的效率，而且輸出功率可以設(shè)計(jì)的較增益，二是給供給足夠的驅(qū)動(dòng)功率。方案論證：5W，需要較大功率的功放管，應(yīng)選用方案二。9無(wú)線(xiàn)電能傳輸功率放大器電路圖5功率放大器原理電路圖10無(wú)線(xiàn)電能傳輸功率放大器仿真6功率放大器仿真〔三〕整流電路設(shè)計(jì)8橋式整流電路11無(wú)線(xiàn)電能傳輸設(shè)計(jì)方案8。整流電路仿真9整流電路10整流前后比照〔四〕耦合線(xiàn)圈磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)能量傳輸是以時(shí)變磁場(chǎng)為媒介，當(dāng)外加鼓勵(lì)源的頻率與12無(wú)線(xiàn)電能傳輸兩諧振體諧振頻率一樣，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)耦合諧振的前提。κ>>τ諧振頻率的諧振體之間“強(qiáng)耦合”作用，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)能量傳輸。系統(tǒng)的耦合程度。線(xiàn)圈電感所產(chǎn)生的磁場(chǎng)最大。以減小線(xiàn)圈自身電阻。依據(jù)傳輸距離、功率的不同要求，承受不同尺寸的線(xiàn)圈。密繞環(huán)形電感線(xiàn)圈的電感可由下式計(jì)算：線(xiàn)圈互感磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)能量傳輸是多方位的能量傳輸，諧振體(諧振線(xiàn)圈)之間沒(méi)有嚴(yán)格的方向?qū)?yīng)關(guān)系，又線(xiàn)圈互感與線(xiàn)圈的尺寸、方位有關(guān)。同軸平行的線(xiàn)圈之間的互感圖9中線(xiàn)圈模型的互感計(jì)算：的匝數(shù)；r1,21,2徑；d——13無(wú)線(xiàn)電能傳輸11傳輸系統(tǒng)的最正確頻率范圍“強(qiáng)耦合”關(guān)系式：μ0——，μ0=4π×10-7；σ——σ銅=5.998×107S/m。中距離的無(wú)線(xiàn)能量傳輸，線(xiàn)圈半徑r與傳輸距離d是同一數(shù)量級(jí)的，線(xiàn)D為是10-3m數(shù)量級(jí)。因此，假設(shè)要“強(qiáng)耦合”(κ>>τ)關(guān)系式成立，則系統(tǒng)的諧振頻率f至少為106Hz上下。另一方面，磁耦合諧振無(wú)線(xiàn)能量傳輸系統(tǒng)是以時(shí)變磁場(chǎng)為傳輸媒介，不向外輻射電磁能，所以電磁波長(zhǎng)遠(yuǎn)大(λ>>d)。中距離無(wú)線(xiàn)能量傳輸?shù)木嚯x傳輸范圍大體為幾十厘米到幾米，因此能量傳輸系統(tǒng)典型頻率f0.5~25MHz最好。14無(wú)線(xiàn)電能傳輸依據(jù)上章原理，運(yùn)用multisim仿真實(shí)現(xiàn)方案的設(shè)計(jì)?！惨弧诚到y(tǒng)整體電路12非接觸供電系統(tǒng)電路原理總圖〔二〕系統(tǒng)各局部電路接收線(xiàn)圈和高頻整流濾波電路五局部組成。15無(wú)線(xiàn)電能傳輸高頻振蕩電路1415高頻功率放大電路16無(wú)線(xiàn)電能傳輸16功率放大器仿真