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舞臺燈光一般由換色系統(tǒng)、圖案變換系統(tǒng)和光斑切割系統(tǒng)等組成。換色系統(tǒng)和圖案變換系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)比較成熟;光斑切割系統(tǒng)由于能實現(xiàn)豐富多彩的圖案變化，越來越受到關(guān)注。 光斑切割系統(tǒng)一般由系統(tǒng)外部開關(guān)電源提供電能信號;系統(tǒng)外部主控板控制圖案變化;能量輸送和信號傳輸媒介分別是電導(dǎo)線和無線。光斑切割系統(tǒng)使用電導(dǎo)線連接時，由于電線纏繞限制系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)角度，以致無法實現(xiàn)連續(xù)無限旋轉(zhuǎn)功能，大大削弱系統(tǒng)的表現(xiàn)能力。同時，大量連接導(dǎo)線和接頭，可能會引起漏電、線路發(fā)熱等故障。 基于無線控制的舞臺燈光斑切割系統(tǒng)原理框圖如圖所示，由電能發(fā)射、電能接收、信號發(fā)射、信號接收和光斑控制5部分組成。 電能發(fā)射端由控制器通過逆變驅(qū)動電路將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，并加載到諧振發(fā)射電路。電能接收端通過諧振接收電路接收電能，經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓后為造型裝置電機提供能量。同時，通訊電路及天線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通信。 基于無線控制的舞臺燈光斑切割系統(tǒng)中無線通信需要穩(wěn)定的高頻率傳輸信號，這決定了整個系統(tǒng)的可靠運行。 為驗證基于無線控制的舞臺燈光斑切割系統(tǒng)的可靠性，針對電能傳輸設(shè)計線圈分別在有、無鐵氧體屏蔽材料的情況下做了對比實驗，并且把實驗數(shù)據(jù)與計算公式和仿真結(jié)果進(jìn)行對比驗證。同時，針對無線通信的可靠性做了多機運行監(jiān)測實驗。 設(shè)計可驗證的功率線圈匝數(shù)為6圈,分為有鐵氧體磁屏蔽材料和無鐵氧體磁屏蔽材料2種情況。考慮到諧振頻率較低、趨膚效應(yīng)不明顯，線圈阻抗約等于直流電阻。使用萬用表測量電阻為0.659 ;使用電橋分別測量無屏蔽和有屏蔽材料線圈的自感量分別為7.05 uH，13.0 uH。 采用150 kHz，±3V的正弦波信號，通過功率放大器ATA-4012把電壓幅度調(diào)整到±30V。采用夾具裝置保持發(fā)射線圈和接收線圈距離為3 mm，使用示波器分別測量次級線圈短路下的初級線圈電流l和次級線圈開路下的輸出電壓Vout，計算互感系數(shù)M=Vout Iin。最后使用直流電源供電及功率放大器驅(qū)動電路驅(qū)動功率發(fā)射線圈,并且在功率接收線圈輸出端接電阻負(fù)載，測量輸入功率和輸出功率，計算出無線電能傳輸效率。 舞臺燈光光斑切割系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是能量供給，高效率能量傳輸需要優(yōu)化發(fā)射線圈和接收線圈以及相關(guān)的技術(shù)參數(shù)。通過理論分析、仿真和實驗，設(shè)計鐵氧體屏蔽結(jié)構(gòu)平板螺旋線圈，解決了傳輸效率問題,同時也避免了周圍環(huán)境變化對磁路影響。今后隨著光斑半徑的增大，要求功率線圈空間更小，需要研究更高功率密度和效率的電能線圈。 |
