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 .

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%.

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 .

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.

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。

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。

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 。

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.

电磁场能量动量张量方程的一种推导

本文依据分析力学的原理,把电磁场和带电粒子作整体考虑,得出了电磁场的能量动量张量方程。

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。

宽频带范围下磁场能量收集的匹配网络设计

磁场能量收集技术是电磁环境中分布式传感器实现自供能的有效手段。与工频磁场和射频磁场等单一频率的磁场环境不同,电力变换器中的磁场分布具有宽频率范围特性。为了提高取能模块的功率密度,应尽可能多地在有限体积内收集能量,提出通过采用双级谐振-带通滤波网络。与此同时,基于相同取能线圈,充分对比了不同电流和负载特性下,单级谐振网络和双级谐振-带通网络的输出特性,归纳出双级谐振-带通网络的适用范围。

基于压电效应的磁场能量采集管理电路研究

对基于压电效应的磁场能量采集管理电路进行了研究,介绍了不同能量管理电路的结构和工作原理。通过MATLAB对各能量管理电路在压电材料处于恒定外力下的输出功率特性进行了仿真分析,并制作了悬臂梁结构电磁能量采集装置和能量管理电路,测试了各能量管理电路在恒定幅值工频磁场下的输出功率特性,结果表明,在2.4 Oe工频磁场下串联同步开关电感电路使输出功率提高了13.14%。使用该装置在20 A载流导线附近成功采集磁场能量并点亮LED灯。

地磁场能量在地球内部的三维分布及其长期变化

利用Bloxham＆Jackson地磁场模型(BJ)和国际地磁参考场模型(IGRF)资料,计算并分析了1690年以来地磁总能量、北向、东向和垂直向分量的能量从CMB到地表的分布和时间变化.结果表明,地磁场总能量以及北向和垂直向分量的能量在地表和地球内部的变化一致,1690年以来减小,东向分量的能量变化以波动形式增大,偶极子磁场能量持续减小.非偶极子磁场的能量1690～1770年减小,1770年以后增大.磁能密度在CMB附近增大较快,地表的磁能密度只有CMB的1.6%.从地表向下至CMB,偶极子和非偶极子的磁能密度的变化相反,偶极子减小,非偶极子增大.