一种基于磁通控制的电磁感应式磁场能量收集器功率提升方法

无线传感器网络作为电网的“神经末梢”,在智能电网建设中扮演着越来越重要的角色。如何稳定可靠地为传感器网络供能引发了人们的关注,能量收集技术成为解决这一问题最有效的技术,其中磁场能量收集技术因其受环境影响小、能量收集功率高脱颖而出。然而,电力线周围磁场强度的增大会导致磁心的磁通密度达到最大值,磁心深度饱和会造成功率损失并威胁收集器的安全。针对这一问题,该文提出一种基于磁通控制的电磁感应式磁场能量收集器功率提升方法,在电路中增加了可控电容组件,通过控制电容组件的串并联来控制磁心电压,进而控制磁心磁通量,从而缓解了磁心饱和并显著提高了能量收集功率。实验结果表明,所提方法可以在频率为50Hz、有效值为4A的一次电流下显著提升收集功率,在该文研究的不同恒压负载下提升幅度达36.8%~153.2%。

多芯电缆微弱磁场能量采集器的高效管理电路

现有磁场能量采集器标准能量管理电路效率低、功耗高、输入阈值功率高,在换能器采集较弱磁场能量时,难以驱动多芯电缆监测系统。针对上述问题,本文提出了一种间歇充放电的低功耗多芯电缆微弱磁场能量采集管理电路方案,设计了自供电的低功耗间歇控制电路,大幅度降低功耗。该电路通过自供电变频匹配,提高管理电路的能量转换效率。实验结果表明,当三芯电缆通过40 A、50 Hz的交流电时,磁场能量采集器输出功率为3.3 mW,管理电路的最大输出功率可达2.45 mW,最大效率74.24%,较标准能量采集管理电路提升了6.9倍。所提出的超低功耗自供电控制电路,满足启动阈值的最小平均功耗仅为1.52μW,仅为带辅助电源的控制电路功耗的5.93%。该高效管理电路不仅可以用于多芯电缆微弱能量采集,还可以用于由于铠装屏蔽导致的微弱电缆周边磁场、电磁振动能量采集器、反向散射传感器网络等微弱感性磁场能量管理。

1690-2000年地磁场能量的三维分布及其长期变化

利用Bloxham＆Jackson地磁场模型扣国际参考地磁场模型（IGRF），研究了1690～2000年地磁总能量及其北向、东向扣垂直向分量的能量以及非偶极子磁场的能量在地球内部的分布及长期变化．结果表明，地表扣地核以外地磁场总能量及其北向扣垂直向的能量是持续衰减的，垂直向的磁场能量占总能量的64％以上，对总能量的贡献起主要作用；东向分量的能量随时间的变化以增加为主．地磁场的能量变化率存在56年的周期，主要是由偶极子磁场产生的．地表以外的非偶极子磁能从减小到增大转折出现在1770年，比地核以外滞后40年．地球内部磁能随时间的变化显示，偶极子磁能逐渐减小，非偶极子磁能增加，越靠近核幔边界增加越快；偶极子扣非儡极子磁能的变化量相等的分界面在距地心3780km处．从核幔边界到地表，磁能变化的衰减非偶极子比偶极子快，表明偶极子磁场比非偶极子磁场有更深的场源．

智能传感器热电及磁场能量收集方法

针对部分输变电设备智能监测传感器存在的电源不易获取、现有供电方案可靠性差这一问题,提出了利用环境能量收集技术,采集并转换热电、磁场能量,从而实现智能传感器工作能量自给的方法。通过理论计算分别对上述两种能量收集方法进行了可行性分析,通过取能实验研究了其输出特性,并采用Zigbee无线传感器节点进行了带载实验。计算及实验结果表明:在该研究条件下,利用油浸式变压器箱体产生的热量,当其上附着的热电模块冷热端温差达55 K时,热电能量收集能获得475 m W的最大输出功率;利用安装于35 k V母线排表面的取能线圈,当母排电流达到480 A时,可驱动Zigbee节点连续工作,此时,磁场能量收集能获得163 m W的最大输出功率。通过结合上述两种在电网中可行性较高的能量收集方法为传感器提供电源,能满足大部分低功耗智能传感器节点的能耗需求,具有一定的应用前景。

矿井隧道中电磁场能量的损耗

运用复玻印亭定理 ,研究了圆空矿井隧道中电磁场能量衰减和转换的方式 ,证明了圆空隧道中电磁功率的流失发生在隧道壁交界面处 .进而证明了圆形隧道充满煤介质时能量损耗与其电导率有关 ,隧道中悬浮的粉尘在电磁场作用下发生瑞利散射 ,散射功率的一部分构成损耗 ,能量损耗与粉尘分布密度成正比 .

地磁场能量在地球内部的分布及其长期变化

用国际参考地磁场模型 (IGRF)分析了地磁场能量在地球内部的分布及其长期变化 .结果表明 ,从 1 90 0年到 2 0 0 5年 ,地核以外地磁场总能量由 6 .81 8× 1 0 1 8J减少到 6 .5 94× 1 0 1 8J,减小了 3 .3 % ,地表以外地磁场总能量由 8.6 5 8× 1 0 1 7J减小到 7.6 73× 1 0 1 7J,减小了 1 1 .4% .分析地球内部不同圈层地磁场能量的变化表明 ,地壳 (A层 )、上地幔 (B层 )、转换带 (C层 )、下地幔D′层的地磁场总能量在减小 ,但是下地幔D″层的地磁场总能量却在快速增加 .磁能密度随时间的变化更清楚地显示出磁能增加和减小的分界面在r=3 840km处 .上述结果表明 ,地核和地表以外地磁场总能量在趋势性减小的同时 ,也在进行重新分配 .进一步分析表明 ,下地幔D″层磁能快速增长 ,主要是由高阶磁多极子的增强引起的 .在地磁场倒转前 ,偶极矩减小而多极性相对增强在能量分布上的表现就是磁能向下地幔底部 (特别是D″层 )集中 .

基于磁场能量密度梯度的磁源定位技术

针对目标磁源的数学模型(单磁偶极子和椭球体加线性磁偶极子阵列等)与实际目标磁矩具体分布存在差别而影响定位精度的问题,将单个磁偶极子的磁场能量密度场的梯度方向指向场源的结论进行了推广,实现了地磁场中铁磁目标的定位.船模实验结果表明:不管是远场还是近场,目标是船模还是理想偶极子(钕铁硼),定位精度均达到95%.

Melvin磁宇宙中Schwarzschild黑洞外部区域的电磁场能量动量张量

对Melvin磁宇宙中球对称质量外部区域的电磁场能量动量张量进行了研究, 给出电磁场能量的分布规律;然后以均匀磁场中的Schwarzschild黑洞为例, 通过数值计算出球对称引力场对均匀磁场能量分布的影响. 结果表明, 时空的弯曲会使均匀磁场的能量增大.

自控式双馈电动机的磁场能量线性模型

针对非线性系统的双馈电动机，本文着眼于其磁场储能分析，在电流型变频器驱动的条件下，推导出了双馈电动机的精确线性模型，并且利用计算机仿真，验证了理论分析的正确性。

荷磁矩中子星外部的电磁场能量动量张量

利用王永久等人所得到的具有磁矩的球对称质量外部的引力场度规和电磁势的表达式,计算出了球对称质量外部的电磁场量动量张量。数值计算结果和分布曲线表明,时空的弯曲将引起磁偶极子电磁场能量的增加。

磁化介质的磁场能

引入磁标势，根据磁能定义，应用麦克斯韦方程及算符变换、积分变换公式，计算磁化介质内、外的磁场能，证明其总能量为零．

通电线性电感线圈中的磁场能

本文讨论线性电感线圈通过直流电流和交流电流时,线圈中所贮存的磁场能.

自控式双馈电动机的磁场能量线性模型

针对非线性系统的双馈电动机 ,本文着眼于其磁场储能分析 ,在电流型变频器驱动的条件下 ,推导出了双馈电动机的精确线性模型 ,并且利用计算机仿真 ,验证了理论分析的正确性 .从而为进一步利用这种线性模型构成高精度的双馈电动机控制系统 。

极化介质中的电场能和磁化介质中的磁场能

本文首先给出了关于两场矢量标积的积分定理,应用此定理讨论了在静电场中移入电介质和在恒定磁场中移入有限物质后的能量变化,并且分别导出了极化电介质的能量密度表达式和恒定磁场中磁化物质能量密度的表达式。

电、磁场能量与机械功

通过两个理想的物理模形,分别讨论了电场E和磁通量Φ不变,及稳恒电流和稳恒电压的情况下,电场能量和磁场能量与机械功之间的相互转换,以及能量守恒关系。

具有自适应观测器的双馈电动机磁场能量线性模型控制

针对非线性系统的双馈电动机,着眼于其磁场储能分析,在电流型变频器驱动的条件下,推导出了双馈电动机的精确线性模型,提出了参数自适应观测器的设计方法,并且给出了稳定性证明。最后。

两平行载流直导线的磁场能量

平行载流直导线的磁场能量分布是大学物理课程中的一个基本问题,基于磁感应强度的矢量合成原理,解析计算了两根平行长直载流导线的磁场能量密度分布,得到了沿导线方向单位长度空间内的总磁能,并使用Mathcad仿真软件绘出不同电流方向和不同导线间距下磁场分布以及总磁能曲线,从而对上述基本问题进行了合理直观的理论描述.

基于磁场能量摄动法的多段永磁直线电机段间电感参数的研究

铁心连续分段式永磁直线电机的单段定子包括动、定子耦合区域与未耦合区域,其中未耦合区域为半开域磁场。本文从单段定子的区域磁场特征分析入手,分别进行齿槽效应等效、半开域磁场边界确定等求解问题的处理,通过积分获得区域磁场储能并将其函数化,由端部补偿储能等效求取三相互感的不对称分量,进而基于能量摄动法获得分段永磁电机在段间过渡时增量自感及互感的变化规律;同时分析不同定、动子长度比对段间动态电感的影响规律。最后通过有限元及di/(dt)实验法验证解析结果的有效性。

电磁场能量传输特性实验装置研究

基于磁耦合谐振式无线电能传输仪研制出一套电磁场能量传输特性实验装置,用于研究不同介质中(空气、有机玻璃及不同盐度的海水)电磁场能量传输效率与频率、距离之间的关系。实验结果表明:在空气介质中,当负载为3Ω时,最大传输效率对应的频率由谐振频率92 kHz偏移至88 kHz;传输效率随距离的增加而减小。当传输距离为10 cm、驱动为3Ω负载时,5 mm厚有机玻璃中的传输效率较空气中提升了1.39%;不同盐度海水中,当盐度为35‰时,传输效率出现一个极大值。因此,利用此实验装置有助于无线电能传输效率的研究及电磁场传输相关领域的研究。

用磁场能量计算磁力

本文介绍了用磁场能量计算磁力的方法，并利用这方法证明了两个载流闭合回路之间的磁力遵从牛顿第三定律。