电路理论、电力电子技术、电气功能材料学是我校电气工程专业的基础课，教学内容不仅包含电气工程专业学生所必备的专业知识，还为一些学科交叉点和新兴学科的学习奠定基础。实验项目涵盖电路理论、电力电子技术、电气功能材料学三门理论课程中的多个知识点，包括谐振电路、逆变电路、机电等效电路等理论内容，以及电路参数测量、逆变电路搭建、单片机应用等实验步骤，展示比较完整的工程分析与实现过程。

　　目前超声无线电能传输(ultrasonic power transfer, UPT)技术的研究还处在发展阶段，主要集中在对技术的可行性验证和小功率的电能传输。超声无线电能传输系统(简称超声传能系统)通过压电效应进行能量转换[1]，其能量传输介质可为固态、气态、液态中任意一种，能量传输机理复杂，导致学生难以对系统进行建模，加大了优化系统电路结构和参数的困难。此外，由于超声传能系统对传输介质的敏感特性，系统负载与工作频率对功率输出的影响也十分显著。因此，如何获得超声传能系统精确系统模型和功率输出最佳工作点，以及如何提高系统传输功率是超声传能系统亟待解决的问题。

　　西安交通大学面向电气工程专业本科生开设了超声传能系统设计的综合开放实验项目，培养学生的实践能力、分析和解决实际问题的能力。在实验过程中，学生首先要对超声传能二维等效电路模型进行电路理论分析，将压电陶瓷、电极片与传输介质进行粘贴;其次对电路参数进行测量，对谐振电路进行设计;最后搭建电路，测量输出功率与效率。通过对系统输入与输出电压、各支路电路以及效率的计算，加深学生对电路理论知识的理解;通过对逆变与整流电路的搭建与焊接，加强学生对电力电子电路与器件的认识;通过对各种超声传输介质绝缘性能的分析，加强学生对电气功能材料的认知，从而培养学生的实践动手能力和综合应用能力。

　　1 等效电路模型

　　2 传输介质选择

　　3 逆变电路与谐振网络设计

　　4 实际制作与测量分析

　　5 结语

　　本文详细介绍了超声传能系统设计与实验研究的过程，笔者以电力电子技术为研究基础，分别设置了超声传能二维等效电路理论计算、谐振电路设计、手工黏结超声传能系统、搭建逆变电路与阻抗匹配电路、测量输出功率与效率五个实验，具有较为完整的实验分析和实践过程。

　　实验项目将理论计算与实际测量相结合，将数值分析与手工制作相结合，在帮助学生理解基本电学原理和电力电子器件的同时让学生提前接触实验设计，有效地提升了学生对知识的综合应用能力。通过实验项目不仅加深学生对电学知识的理解，还为其后期毕业设计打下了坚实的基础。在实践过程中，学生需要不断查阅文献并通过小组合作的方式深入交流，提高了科研水平。

　　参考文献

　　[1] 李璐.超声无线电能传输系统功率传输特性及功率提升方法研究[D].重庆:重庆大学,2017.

　　[2] 孙彦招,张涛.超声换能器表面振动和声场测量及其与经典超声换能器的仿真比较[J].声学技术,2018,37(5):501-506.

　　[3] 解璟昊.宽带超声换能器的梯度匹配层设计与制备方法研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2020.

王振兴 孙丽琼 迟晓红　西安交通大学