基于电磁感应的家用电线能量采集装置的设计

发布时间：2017-09-24 23:26

  本文关键词：基于电磁感应的家用电线能量采集装置的设计

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【摘要】：无线传感器网络的普及对电池储能提出了更高的要求,由于当前许多传感器采用锂电池供电,电池的更换以及随之产生的人力维护将加剧成本支出。将微能量收集技术应用到传感器的供能中,能够突破存储介质容量的桎梏,且经济环保,可操作性强。论文在阐述了相关电磁学基本公式及变压器原理的基础之上,提出了应用于家庭输电线的能量收集装置,先利用Biot-Savart定律及Ampere定律推算出载流输电线上径向磁场表达式,并将其适用到本文中;接着基于一款市售磁芯,在计算出相关参数的情况下,定量考查了负载功率、负载电流、磁芯横截面积等与感应电动势的关系。结果表明,高磁导率磁芯的选择使得装置具有较大的工作范围,最大能采集约93A电线中的能量;设计的“半自主”整流电路,其造成的压降仅为30mV,转换效率较为可观;当电路负载电流为10A时,装置能量密度达1.44mW/cm3,满足低功耗设备需求;通过实验测量特定条件下的电压和电流值,将数据与仿真值比较,得到电能转换效率达86%,在这之上对数据进行了拟合。论文采用MATLAB进行装置的仿真和数据的处理,结果表明当线圈绕组为500匝,电线和磁路之间距离为8mm时,所产生的感应电动势为1.4V,通过相应升压电路处理,能够满足使用需求。将装置置于负载电流为10A的条件下工作,磁芯磁通密度远低于饱和值,能稳定可靠地工作,所获得的能量达到25mW,能驱动无线传感器的正常工作。
【关键词】：无线传感器 能量收集 电磁感应 MATLAB
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM619
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 论文主要研究内容与结构安排12-13
• 2 能量收集装置原理13-24
• 2.1 能量收集系统组成13-18
• 2.2 电磁转换关系式18-19
• 2.3 装置原型的选择19-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 电磁能量收集装置的设计24-40
• 3.1 相关公式的推导24-27
• 3.2 装置参数的计算27-36
• 3.3 能量收集装置仿真36-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 电磁能量收集装置的实验测试40-47
• 4.1 环境设置40-41
• 4.2 实测数据41-45
• 4.3 试验与仿真结果的比较45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 5 总结与展望47-49
• 5.1 全文总结47-48
• 5.2 课题展望48-49
• 致谢49-50
• 参考文献50-53

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本文编号：914064