谐振感应耦合

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

海水中感应耦合与超声耦合无线电能传输技术对比

作者：陈希有 许康 牟宪民 李冠林 来源：《电机与控制学报》2018年第03期

摘 要 通过原理分析，提出了海水中感应耦合无线电能传输（ICWPT）系统的电路模型，其中考虑了海水的涡流效应，建立了匹配条件下传输效率的表达式。作为对比，基于单个超声换能器的电路模型，建立了包含两个超声换能器的超声耦合无线电能传输（UCWPT）系统电路模型，分析了匹配条件下的传输效率。分别以矩形耦合线圈作为电磁耦合装置，以压电复合材料换能器作为电声和声电转换装置，搭建了在海水槽中ICWPT和UCWPT系统实验平台。分别从传输效率与工作频率的关系、传输效率与耦合距离的关系进行了比较，并对传输功率进行了讨论。研究发现，ICWPT的传输效率与频率的关系曲线比UCWPT的效率与频率关系曲线更加平坦。较远距离时，UCWPT的传输效率高于ICWPT的传输效率。 关键词：海水；超声波；感应耦合；无线电能传输；对比 中图分类号：TM724

Abstract： Through the analysis of the

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

海水中感应耦合与超声耦合无线电能传输技术对比

作者：陈希有 许康 牟宪民 李冠林 来源：《电机与控制学报》2018年第03期

摘 要 通过原理分析，提出了海水中感应耦合无线电能传输（ICWPT）系统的电路模型，其中考虑了海水的涡流效应，建立了匹配条件下传输效率的表达式。作为对比，基于单个超声换能器的电路模型，建立了包含两个超声换能器的超声耦合无线电能传输（UCWPT）系统电路模型，分析了匹配条件下的传输效率。分别以矩形耦合线圈作为电磁耦合装置，以压电复合材料换能器作为电声和声电转换装置，搭建了在海水槽中ICWPT和UCWPT系统实验平台。分别从传输效率与工作频率的关系、传输效率与耦合距离的关系进行了比较，并对传输功率进行了讨论。研究发现，ICWPT的传输效率与频率的关系曲线比UCWPT的效率与频率关系曲线更加平坦。较远距离时，UCWPT的传输效率高于ICWPT的传输效率。 关键词：海水；超声波；感应耦合；无线电能传输；对比 中图分类号：TM724

Abstract： Through the analysis of the

一、1.交流耐压试验目的和意义

交流耐压是在比运行条件更加严格的试验。是一种破坏性试验，是鉴定电力绝缘强度最有效和最直接的方法。因此，在进行耐压之前，必须先进行绝缘电阻、泄漏电流、介损试验、绝缘油等非破坏性试验。合格后才可进行交流耐压试验，耐压试验对于原来的绝缘缺陷进一步发展、使绝缘强度进一步降低．虽然耐压试验不致于造成击穿，但会造成绝缘内部劣化的积累效应、创伤效应。

①用来考核、检验和决定设备能否达到出厂标准；

②是否达到施工验收标准；

③是否达到运行、检修后再投入使用标准。

④在诸多项目试验中，高压试验是最具有权威性和否决权的电气试验，具有一锤定音的效能性。

2. 交流耐压试验的种类:

（1）工频耐压试验(50Hz)

（2）感应耐压试验(中频100--300Hz)

（3）三倍频感应耐压试验

（4）谐振耐压试验

3. 试验设备

（1）工频变压器

升压变压器(单级、串级）

（2）谐振变压器

谐振法产生高压（串联、并联）

（3）变频电源

4.交流高压的测量

（1)低压侧测量电压(容升)

?(2)用电压互感器测量电压

?(3)用电容分压器测量电压

?(4) 静电电压表

?交流耐压试验电感补偿回路

（1）进行交流耐压试验时，电力设备被试端所有端子应短路连接并接高压，非被试端要短接可靠接地。（2

并联谐振串联谐振概念机计算

L是电感，C是电容

在含有电容和电感的电路中，如果电容和电感并联，可能出现在某个很小的时间段内：电容的电压逐渐升高，而电流却逐渐减少；与此同时电感的电流却逐渐增加，电感的电压却逐渐降低。而在另一个很小的时间段内：电容的电压逐渐降低，而电流却逐渐增加；与此同时电感的电流却逐渐减少，电感的电压却逐渐升高。电压的增加可以达到一个正的最大值，电压的降低也可达到一个负的最大值，同样电流的方向在这个过程中也会发生正负方向的变化，此时我们称为电路发生电的振荡。

电容和电感串联，电容器放电,电感开始有有一个逆向的反冲电流，电感充电;当电感的电压达到最大时，电容放电完毕，之后电感开始放电，电容开始充电，这样的往复运作，称为谐振。而在此过程中电感由于不断的充放电，于是就产生了电磁波。

电路振荡现象可能逐渐消失，也可能持续不变地维持着。当震荡持续维持时，我们称之为等幅振荡，也称为谐振。

谐振时间电容或电感两锻电压变化一个周期的时间称为谐振周期，谐振周期的倒数称为谐振频率。所谓谐振频率就是这样定义的。它与电容C和电感L的参数有关，即：f=1/√LC。

什么是谐振电路的品质因数（Q值）

2007年11月29日 星期四 12:04

在研究各种谐振电路时，常常

并联谐振串联谐振概念机计算

L是电感，C是电容

在含有电容和电感的电路中，如果电容和电感并联，可能出现在某个很小的时间段内：电容的电压逐渐升高，而电流却逐渐减少；与此同时电感的电流却逐渐增加，电感的电压却逐渐降低。而在另一个很小的时间段内：电容的电压逐渐降低，而电流却逐渐增加；与此同时电感的电流却逐渐减少，电感的电压却逐渐升高。电压的增加可以达到一个正的最大值，电压的降低也可达到一个负的最大值，同样电流的方向在这个过程中也会发生正负方向的变化，此时我们称为电路发生电的振荡。

电容和电感串联，电容器放电,电感开始有有一个逆向的反冲电流，电感充电;当电感的电压达到最大时，电容放电完毕，之后电感开始放电，电容开始充电，这样的往复运作，称为谐振。而在此过程中电感由于不断的充放电，于是就产生了电磁波。

电路振荡现象可能逐渐消失，也可能持续不变地维持着。当震荡持续维持时，我们称之为等幅振荡，也称为谐振。

谐振时间电容或电感两锻电压变化一个周期的时间称为谐振周期，谐振周期的倒数称为谐振频率。所谓谐振频率就是这样定义的。它与电容C和电感L的参数有关，即：f=1/√LC。

什么是谐振电路的品质因数（Q值）

2007年11月29日 星期四 12:04

在研究各种谐振电路时，常常

并联谐振与串联谐振对谐波的影响

在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。而许多用电设备又是感性负载，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。传统的无功补偿与谐波治理方案分别是设置并联电容器和LC振荡电路，这些都需要电容器参与工作。而电容器和电网中的谐波又有相互影响。以下分别就并联电容器和串联电容器对谐波的影响分别分析： 一. 并联谐振对谐波的影响

并联谐振对谐波的主要影响是对谐波电流的放大。

1. 并联电容器对谐波电流放大的原理 在没有电容设备且不考虑输电线路的电容时，电力系统的谐波阻抗Zsn可由下式近似表示： Zsn Rsn jX

sn

Rsn jnXs （1-1）

式中 Rsn——系统的n次谐波电阻； Xsn——n次谐波电抗，Xsn=nXs; Xs——工频短路电抗。

设并联电容器的基波电抗为Xc，n次谐波电抗为Xcn，则 X

Cn

1n

Xc （1-2）

并联了电容器后，系统的谐波等效电路如图1所示。系统的n次

医用超声耦合剂———认识但未必了解的朋友

(牛凤岐等发表于2009年《中国医学影像技术》杂志)

一．医用超声耦合剂应具的特性

超声检查为什么一定要使用耦合剂呢？因为关于超声波的基本知识告诉我们，当其入射到两种不同媒质的分界面上时，二者阻抗相差越大，反射系数越大，穿过界面进入另一媒质的声能越少。对于医用超声，如果让探头(或治疗头，下同)与皮肤“干接触”，由于二者之间空气薄层(有时还是厚层)的强烈反射作用，所发超声波根本无法到达并进入人体，何谈诊断或治疗作用。为此，必须将某种物质充填于探头表面和皮肤之间，以驱除空气，形成使超声波顺畅和不失真传播的通道。这种物质就称为“医用超声耦合剂(medical ultrasonic couplant)”，由于临床推崇的最佳剂型是凝胶状，故英文文献中用得更多的术语是“超声耦合凝胶(ultrasonic coupling gel)”。但是，在临床实用中，耦合剂还起着润滑剂等作用，故人们关心的不只是其声学特性。上世纪70年代初的美国专利中曾对“超声耦合凝胶”提出过10项要求，虽历经30多年，现在看来仍不过时。其内容是：

(1)与人体组织声速相等，以确保超声波束形状不致失真；

(2) 衰减系数很小，不致

设计前的准备

Zemax公司感谢Suss MicroOptics SA公司的Reinhard Voelkel博士提供本文使用到的实验数据。

我们同时提供本文的的日文版本

本文描述了一种商用的光纤耦合器，系统使用SUSS MicroOptics FC-Q-250微透镜阵列来耦合两根康宁（Corning）SMF-28e光纤。如下图所示：

供应商提供的上述元件的参数如下：单模光纤，康宁SMF-28e 数值孔径 0.14 纤芯直径 8.3μm

模场直径@1.31μm 9.2±0.4μm

微透镜阵列，SUSS MicroOptics SMO39920 基片材料 熔融石英 基片厚度 0.9mm 内部透过率 >0.99 透镜直径 240μm 透镜节距 250μm

曲率半径 330μm

圆锥常数（Conic constant） 0 数值孔径 0.17

附件中的文件single mode coupler.zmx 是整个系统的Zemax文件。请注意一下几点：

物面到透镜的距离和透镜到像面的距离设定为0.1mm，是因为这比较接近实际情况。后面经过优化过程时候，这个尺寸还会发生变化；

透镜到像面的距离使用了Pick-up solve，以确保和

一、 Electric-Thermal Analysis

ANSYS中电热耦合分析主要焦耳热效应（Joule heating）、塞贝克效应

（Seebeck effect）、珀尔帖效应（Peltier effect）、珀尔帖效应(Thomson effect)。我们这里的分析主要是Joule heating分析，即通电产生热量，用于加热双层薄片。

1. ANSYS电-热耦合知识点

1.1、Element DOFs选项：UX, UY, UZ, and TEMP：

可用于Thermal-Electric Analysis 的单元类型如上表所示，其中LINK68, PLANE67, SOLID69, and SHELL157 是专用的thermal-electric elements，专用于Joule heating effects，SOLID5, SOLID98, PLANE223, SOLID226, and SOLID227 则需要选择DOFs选项为TEMP and VOLT。

For SOLID5 or SOLID98, set KEYOPT(1) to 1；

For PLANE223, SOLID226, or SOLID227, set

ansys热力耦合分析单元简介

SOLID5－三维耦合场实体

具有三维磁场、温度场、电场、压电场和结构场之间有限耦合的功能。本单元由8个节点定义，每个节点有6个自由度。在静态磁场分析中，可以使用标量势公式（对于简化的RSP，微分的DSP，通用的GSP）。在结构和压电分析中，具有大变形的应力钢化功能。与其相似的耦合场单元有PLANE13、SOLID62和SOLID98。

INFIN9－二维无限边界

用于模拟一个二维无界问题的开放边界。具有两个节点，每个节点上带有磁向量势或温度自由度。所依附的单元类型可以为PLANE13和PLANE53磁单元，或PLANE55和PLANE77和PLANE35热单元。使用磁自由度（ＡＺ）时，分析可以是线性的也可以是非线性的，静态的或动态的。使用热自由度时，只能进行线性稳态分析。

PLANE13－二维耦合场实体

具有二维磁场、温度场、电场和结构场之间有限耦合的功能。由4个节点定义，每个节点可达到4个自由度。具有非线性磁场功能，可用于模拟B－H曲线和永久磁铁去磁曲线。具有大变形和应力钢化功能。当用于纯结构分析时，具有大变形功能，相似的耦合场单元有SOLID5、SOLID98和SOLID62