無線電能傳輸范文
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篇1
中圖分類號：TM724 文獻標識碼：A
1無線電能傳輸的定義
無線電能傳輸又稱無接觸電能傳輸是一種傳輸電能的新技術，它將電能通過電磁耦合、射頻微波、激光等載體進行傳輸。這種技術解決了電力自身的兩大缺點：不易儲存和不易傳輸，同時也解除了對于導線的依賴，從而得到更加方便和廣闊的應用。
2無線電能傳輸發展歷史
19世紀末被譽為“迎來電力時代的天才”的特斯拉在電氣與無線電技術方面做出了突出貢獻。1881年發現了旋轉磁場原理，并用于制造感應電動機，次年進行試制且運轉成功。1888年發明多相交流傳輸及配電系統；1889-1990年制成赫茲振蕩器。1891年發明高頻變壓器（特斯拉線圈），現仍廣泛用于無線電、電視機及其他電子設備，他曾致力于研究無線傳輸信號及能量的可能性，并在1899年演示了不用導線采用高頻電流的電動機，但由于效率低和對安全方面的擔憂，無線電力傳輸的技術無突破性進展。
2001年5月，國際無線電力傳輸技術會議在法屬留尼汪島召開期間，法國國家科學研究中心的皮格努萊特，利用微波無線傳輸電能點亮40m外一個200W的燈泡。其后，2003年在島上建造的10kW試驗型微波輸電裝置，已開始以2.45GHz頻率向接近1km的格朗巴桑村進行點對點無線供電。
2007年6月麻省理工學院的研究人員已經實現了在短距離內的無線電力傳輸，他們通過電磁感應利用磁耦合共振原理成功地點亮了離電源2m多遠處的一個60w燈泡。
2008年9月，北美電力研討會最新的論文顯示，他們已經在美國內華達州的雷電實驗室成功的將800W電力用無線的方式傳輸到5m遠的距離。
3無線電能傳輸方式
3.1電磁感應式
電磁感應式又稱為非接觸感應式，電能傳輸電路的基本特征就是原副邊電路分離。原邊電路與副邊電路之間有一段空隙，通過磁場耦合感應相聯系。根據無接觸變壓器初、次級之間所處的相對運動狀態，新型無接觸電能傳輸系統可分為：分離式、移動式和旋轉式，分別給相對于初級繞組保持靜止、移動和旋轉的電氣設備供電。
電磁感應式的特點是：（1）較大氣隙存在，使得原副邊無電接觸，彌補了傳統接觸式電能的固有缺陷；（2）較大氣隙的存在使得系統構成的耦合關系屬于松耦合，使得漏磁與激磁想當，甚至比激磁高；（3）傳輸距離較短，實際上多在毫米級。
3.2電磁共振式
電磁共振式又稱WiTricityj技術是由麻省理工學院物理系、電子工程、計算機科學系，以及軍事奈米技術研究所的研究人員提出的。系統采用兩個相同頻率的諧振物體產生很強的相互耦合，能量在兩物體間交互，利用線圈及放置兩端的平板電容器，共同組成諧振電路，實現能量的無線傳輸。
電磁共振式的特點：（1）利用磁場通過近場傳輸，輻射小，具有方向性。（2）中等距離傳輸，傳輸效率較高。（3）能量傳輸不受空間障礙物（非磁性）影響。（4）傳輸效果與頻率計天線尺寸關系密切。
3.3微波式
先通過磁控管將電能轉變為微波能形式，再由發射天線將微波束送出，接收天線接收后由整流設備將微波能量抓換為電能。
微波式特點：（1）傳輸距離遠，頻率越高，傳播的能量越大。在大氣中能量傳遞損耗很小，能量傳輸不受地球引力差的影響；（2）微波式波長介于無線電波和紅外線輻射的電磁波，容易對通信造成干擾；（3）能量束難以集中，能量散射損耗大，定向性差，傳輸率低。
4無線電能傳輸需要解決的問題
4.1電磁輻射安全問題
對人身安全和周圍環境的影響需要解決。由于無線能量的傳輸既不像傳統的供電方式那樣可以在傳輸路徑上得到很好的控制也不像無線通訊那樣傳送微小的功率。高能量的能量密度勢必會對人身安全及健康帶來影響。對激光則在功率密度小于2.5mW/cm2才能保證對人體無傷害。所以采用無線輸電時要考慮避免對人身的傷害。
4.2電磁兼容性
無線能量傳輸系統在工作時周圍空間會存在高頻電磁場，這就要求系統本身具有較高的電磁兼容指標。系統要發生電磁兼容性問題，必須存在三個因素，即電磁騷擾源、耦合途徑、敏感設備。所以，在遇到電磁兼容問題時，要從這三個因素入手，對癥下藥，消除其中某一個因素，就能解決電磁兼容問題。因此采取有效的抗干擾措施、屏蔽技術、合理使用電磁波不同的頻段、避免交叉，重疊等造成不必要的電磁干擾。
4.3系統整體性能有待提高
目前無線能量傳輸技術整體上傳輸的效率不高，主要原因是能量的控制比較困難，無法真正實現能量點對點的傳送在傳輸的過程中會散射等損耗一部分能量，能量轉換器的效率不高也是影響整個系統效率的關鍵因素。當然隨著電子技術的不斷進步，傳輸的效率也會逐漸提高。
4.4傳輸距離、效率、功率、裝置體積之間的關系
對于無線能量傳輸技術中幾個關鍵性的指標：傳輸距離、傳輸效率、傳輸功率、裝置體積等。一般情況下，傳輸距離越近、裝置體積越大、傳輸效率就越高、傳輸功率就越大。如何盡可能地減小裝置體積、提高傳輸距離、效率和功率是無線輸電技術重點研究的方向之一，也是小功率設備實現無線輸電的前提。
參考文獻
篇2
（合肥工業大學機械與汽車工程學院，安徽合肥230009）
摘要：磁耦合諧振式無線電能傳輸技術作為一種新興無線能量傳輸技術，具有傳輸距離遠、傳輸功率大、傳輸效率高、無輻射性和穿透性等優點。基于等效電路模型建立了磁耦合諧振式無線輸電串串式拓撲模型，給出了輸出功率、傳輸效率的計算方法，搭建了磁耦合諧振式無線電能傳輸試驗平臺，通過仿真與實驗，分析了線圈距離、工作頻率、負載電阻以及系統諧振對輸出功率、傳輸效率的作用規律，為磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的設計及參數優化提供了理論依據。
關鍵詞 ：無線電能傳輸；磁耦合諧振；串串式模型；輸出功率；傳輸效率
中圖分類號：TN751.1+2?34；TM724 文獻標識碼：A 文章編號：1004?373X（2015）17?0127?06
0 引言
自從第二次工業革命以來，人類社會便進入了電氣化時代。大至遍布全球各地的電網、高壓線，小到各種家用電氣設備，電能的傳輸主要通過點對點直接接觸傳輸。這種傳統的接觸式電能傳輸由于存在諸如產生接觸火花，影響供電的安全性和可靠性，同時傳統的電能傳輸供電產生大量的廢舊電池，對環境造成很大的污染[1]。因此探求一種更為靈活、方便的電能傳輸方式迫在眉睫，多年來國內外的科學家開展了很多探索研究工作，但進展緩慢。2007年，美國麻省理工學院（MIT）基于磁耦合諧振原理在2 m 的距離內將一個60 W 的燈泡點亮，傳輸效率[2]達40%。隨后，磁耦合諧振式無線電能傳輸技術成為國內外學者研究的熱點。
無線電能傳輸系統的主要性能指標在于系統的傳輸距離、傳輸功率、效率等。目前國內外對磁耦合諧振式無線電能傳輸的研究還處于理論研究和初步實驗階段，MIT 的分析也局限在物理方面的分析[3]。在傳輸距離、效率方面，Steven 等人研究了中繼線圈對提高傳輸距離的效果及其理論分析[4]；李陽等研究了發射、接收線圈的匝數及線圈半徑的大小對傳輸效率和傳輸距離的影響[5]；朱春波等通過仿真和實驗研究了不同的工作頻率和傳輸距離、傳輸效率的關系[6]。這些研究成果的應用較大地提高了無線傳輸的距離及效率，但目前還沒有針對每一個特定負載系統，分析如何選擇各個影響因素，保證無線傳輸系統有較好的輸出功率、傳輸效率。
本文基于等效電路模型，建立磁耦合諧振式無線電能傳輸串串式拓撲模型，給出輸出功率、傳輸效率的計算方法，搭建磁耦合諧振式無線電能傳輸試驗平臺，通過仿真與實驗相結合，分析線圈距離、工作頻率、負載電阻以及系統諧振對輸出功率、傳輸效率的作用規律。針對每一個特定負載的無線電能傳輸系統，選擇合適的傳輸特性因素，保證系統有較好的輸出功率、傳輸效率。這些為提高無線電能輸出功率、傳輸效率提供了參考和借鑒，也為磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的產品應用提供了設計依據。
1 無線電能傳輸系統模型
1.1 無線電能傳輸系統工作原理
典型的磁耦合諧振式無線電能傳輸系統原理如圖1所示，直流電源經過交流逆變后由發射線圈進行電磁變換，接收線圈感應到此磁場能量后進行磁電變換，變換后的電能經過整流濾波穩壓供一般直流負載使用。
實驗標準值與仿真標準值存在一定差別：一方面由于在近距離情況下M ≈ πμ0 r4 N 2D3，誤差較大；另一方面由于在高頻情況下，繞制線圈導線會產生一定的趨膚效應，從而減小導線有效面積，增加等效電阻，影響能量傳輸。
5 結語
（1）本文從等效電路模型角度出發，建立磁耦合諧振式無線電能傳輸串串式拓撲模型，給出輸出功率、傳輸效率的計算方法，系統分析了輸出功率、傳輸效率與線圈距離、工作頻率、負載電阻以及系統諧振之間的關系；
篇3
無線能量傳輸，即用電設備以非接觸方式從固定電網獲取電能的技術，一直是近年來物聯網方面研究的熱點。一個多世紀以來不斷有國內外的學者對此進行研究。一些小型的無線能量傳輸設備已經被制造出來，但在規模和能量傳輸方面的效率卻很低。本文通過分析現有的無線能量傳輸技術和國內外相關研究的現狀，提出一些在無線能量方面的想法，以提高無線能量傳輸的效率。
【關鍵詞】物聯網 無線能量 傳輸 電磁波
1 研究背景分析
無線能量傳輸是指能量從能量源節點傳輸到受電節點的過程。在傳統能量傳輸中我們使用有線方式來實現能量的傳輸，有線能量傳輸有很多的優點，例如，可以保證能量傳輸的效率，可以人為地控制能量傳輸的方向。但與此同時，有線能量傳輸也帶來了很多的問題，如在布線過程中資源的損耗，布線時人力消耗，特別是在山區或者交通不便的區域，設置電線帶來的巨大的人力消耗，同時也為施工人員帶來了巨大的安全隱患。因此，無線能量傳輸越來越受到人們的青睞也成為了近年來物聯網領域的研究熱點之一。相比于有線傳輸，無線能量傳輸可以明顯降低資源和人力的消耗，同時在農業、通信、軍事等領域都有巨大的應用前景。
2 無線能量傳輸的原理與分類
物聯網節點間無線能量傳輸系統主要由能量發射源節點，能量受電節點，能量發射天線等幾部分組成。與無線通信系統相似，無線能量傳輸同樣使用無線電波作為能量的載體，由能量發射源節點經由天線發射出載有能量的無線電波，再由受電節點將其接收，這樣就完成了無線能量傳輸的過程。
無線能量傳輸大致可以分為三類：第一類是應用電磁感應技術，在傳統變壓器的基礎上的基礎上進行改進，變壓器兩側分離，實現非接觸的短程電能傳輸；第二類是以微波或激光的形式，通過發送和接收天線，實現遠程能量傳輸；第三類是通過非輻射電場或磁場耦合的電磁諧振原理，實現中距離的無線電能傳輸。
3 國內外無線能量傳輸的現狀
在無線能量傳輸領域率先做出重大突破的是麻省理工學院的Soljacic助理教授。在2007年，由他領導的研究小組成功地將一盞近距離外的60w燈泡點亮，并且將效率提升到了40%，他的實驗驗證了所提出的無限能量傳輸方式的可行性，并且將效率提升到了一個新的高度，由此人們看到了無線能量傳輸在實際生活中的可行性。
繼Soljacic領導的研究小組取得突破后，美國內達華雷電實驗室的G.E.Leyh等在耦合諧振無線能量傳輸實驗上也取得了矚目的成就，他用兩個空心變壓器作為無線能量傳輸的發射與接收端，變壓器與電極連接，成功地將800w的電力用無線的方式傳輸到5m遠的距離。
國內在無線能量傳輸領域也取得了很大的進展。其中比較顯著的是華南理工大學張波教授課題組的研究，他們提出了諧振耦合電能無線傳輸技術，即利用兩個發生諧振耦合的電路捕捉隨距離衰減的電磁場的技術。此外中山大學的朱允中教授也在無線能量傳輸方面提出了一種新的系統，極大地拓寬了無線傳輸領域的應用范圍。
4 物聯網節點能量無線傳輸面臨的挑戰
雖然近年來無線能量傳輸領域取得了極大地發展，研究的人員和機構也不斷地增加，各項研究成果也如雨后春筍般地涌現，但結合近幾年研究的成果，我們不難看出現今無線能量傳輸領域依舊面臨著很多的挑戰：
4.1 無線能量傳輸的距離和效率問題
無線能量傳輸可以解決有線能量傳輸的很多問題，極大地減小資源和人力的消耗，降低能量傳輸的成本，但是卻存在不可避免的效率問題。由于無線能量傳輸以無線電波為載體，在電磁波的傳遞過程由于傳播方向的不確定性和電波在傳播過程中受到的干擾與反射問題，極易出現能量的損耗，隨著傳輸距離的增加，能量傳輸的效率必然也會出現急劇的下降。
4.2 物聯網節點分布與效率問題
物聯網節點設備一般較小，且在實現物聯網節點無線能量傳輸系統時，設置的節點較多，不同節點之間能量的傳輸極易產生電磁波的干擾，影響能量傳輸的效率。
4.3 節點傳輸容量與效率問題
由于受到節點體積和傳輸容量的限制，在節點之間實現無線能量傳輸的過程中其傳輸容量的限制也會對傳輸效率產生較大的影響。
4.4 能量傳輸的安全性和可靠性
無線能量傳輸以電磁波為載體進行能量的傳遞，與無線通信系統一樣，在傳播過程中同樣會面臨電磁波之間的干擾與電波被截獲的問題，可能會出現電磁波的失真與丟失竊取問題，因此在安全性與能量傳輸的可靠性方面也會帶來嚴峻的挑戰。
5 節點無線能量傳輸新的想法
經過之前的分析，我們可以發現對于物聯網節點無線傳輸技術，面臨的主要問題是在能量傳輸距離與效率方面的挑戰。于是我們提出了一種新的思路供大家參考。
考慮到物聯網節點間的無線能量傳輸主要是在節點之間進行，且能量主要由電磁波為載體來進行傳遞。載有能量的電磁波由源節點發射，被受電節點接收，能量的損耗主要發生在傳播的過程，因此我們可以在能量傳輸的過程間布置過渡節點，能量由源節點發射后傳遞給過渡節點，過渡節點接收電磁波后以電磁波共振的原理將電波向下一個過渡節點進行傳遞，通過共振傳遞電磁波可以讓電磁波在盡可能不失真的情況下將電磁波傳得更遠，以此達到降低傳輸過程中能量損耗的問題。
6 總結
無線能量傳輸不僅在物聯網領域可以產生劃時代的成就，在其他如醫療、Adhoc網絡節點分布、農業、軍事等領域也有著廣闊的應用前景。由于無線能量傳輸主要是利用電磁波進行能量的傳輸，因此可以避免有線能量傳輸和電池供電設備出現的很多問題，現今一些短距離無線能量傳輸設備已經制造出來并投入實驗使用中，如果可以在傳輸距離與效率上取得更大的突破，那么無線能量傳輸將在更廣闊的領域發揮更加重要的作用。
篇4
隨著時代的發展，科技的進步，我國的無線通信技術也在不斷創新進步。傳輸數據的容量越來越大，速度越來越快，供電模式由傳統的電線供電發展為更加方便節能環保的太陽能供電，在自動化生產、監控技術、交通管理等部門得到了廣泛的應用。本文就太陽能供電GPRS無線數據傳輸系統進行了簡單的介紹。
【關鍵詞】太陽能 GPRS 數據傳輸 系統設計
GPRS是從GSM網絡中發展出的一種數據傳輸服務，與衛星通信服務相比更加廉價，同時也能基本滿足業務需要，被廣泛的應用到工業生產和工業測控的實時數據采集和傳輸當中。GPRS無線數據傳輸系統是一種非常好的遠程數據傳輸方式，傳輸速度快、安全性高、成本低、覆蓋面廣，同時用戶可以直接使用現有的網絡，不用自己建設，也不需要鋪設網絡線路，大大節省了開發費用。無線數據傳輸系統包括三個功能模塊：供電模塊、無線通信和數據采集。傳統供電方式需要鋪設供電線路，改用太陽能供電后，供電成本得到了有效降低。
1 GPRS無線數據傳輸系統的總體設計
GPRS無線數據傳輸系統可應用到很多領域，下文我們以某河道的水位監測遠程監控為例，對GPRS無線數據傳輸系統進行分析設計。
1.1 系統功能分析
河道水位監測的特點是單個監測點數據量小、監測點數目多、實時性要求低、監測點較為分散，若是采用基本的人工監測，會耗費大量的人力物力，但工作成果卻是有限的。隨著科技的發展，我們將網絡通信技術引入，采用太陽能供電GPRS無線數據傳輸系統進行實時監測，將現場采集到的監控數據利用無線網絡傳輸到監控中心，有效降低了監控成本，并為后期的數據分析工作打下了良好的基礎。具體的系統功能要求包括：
太陽能供電功能，以太陽能電池為主，并配備蓄電池裝置，防止連續陰天時太陽能電池無法供電；數據采集功能，該系統要在規定的時間進行數據采集，按事先定好的程序處理后存儲在內存中，等待傳輸；無線數據傳輸功能，采用GPRS無線數據通信技術將采集好的數據傳輸到監控中心；數據存儲功能，終端的數據存儲器要將一周之內測得的數據按照時間保存好；參數設置顯示功能，能夠顯示該系統的現時工作狀態，并能根據實際狀況調整參數；自動報警功能，當檢測數據超出了警戒范圍或供電電壓不足時，該系統要能向監控中心報警；終端管理功能，監控中心可以對現場監控設備遠程調整工作參數和數據采集時間。
1.2 系統總體架構
針對河道水位監測的系統設計按照功能劃分可以分為：電源供應層，太陽能供電；采用現場傳感器進行采集的數據采集層；利用GPRS無線設備進行數據傳輸的傳輸層；利用GPRS構建的網絡通信層；上位機應用層，指的是監控中心。系統的網絡架構是整個系統設計中最為重要的部分之一，我們要根據網絡架構設計組建系統、設計通信協議和系統數據采集終端的軟硬件。
1.3 GPRS網絡結構分析
GPRS網絡是在已有的GSM網絡基礎上構建的，引入了三個組件，GGSN、SGSN和PCU。這些組件可以幫助用戶分組發送接收數據，以MS代表移動臺、BSS代表基站子系統、Um代表無線空中接口、SGSN用于處理數據交互、GGSN用于連接GPRS網絡和外部網，介紹GPRS網絡是如何工作的。
首先，MS利用無線通信連接GPRS蜂窩電話，隨后GPRS蜂窩電話連接GSM基站，將數據分組傳送給SGSN，數據處理后，若是歸于內部網，則傳送回MS，若是需要傳送給外網的，則將數據傳送給GGSN。若是數據最開始就是外部網絡傳輸過來的，則由GGSN傳送給SGSN進行判斷，是否輸送給相應的MS。
2 太陽能供電模塊設計
2.1 太陽能供電模塊的基本組成
太陽能電池在設計時要考慮到太陽能的特性，非連續性供應能源且強弱程度沒有規律，采用將收集到的不穩定電能轉化為蓄電池儲存電能，再由蓄電池進行供電。供電模塊可以分為四個部分：電池板、充放電控制電路、蓄電池、電源調理電路。
太陽能電池板是GPRS無線數據傳輸系統的能量源，由多個單元串并聯而得，能夠將不穩定太陽能轉化為不穩定電能；
充放電控制電路的功能是將不穩定的電能轉化儲蓄電能，其運行的狀態控制著整個太陽能供電模塊的狀態；
蓄電池除了儲存電能以外，還要在陰天沒有太陽的時候承擔起供電的任務，向負載提供電力，一般采用酸鉛蓄電池；
電源調理電路的功能是調節輸出電壓，為負載提供穩定的輸出電壓。
2.2 太陽能電池的輸出特性
太陽能電池是非線性的電子元件，通過實驗研究可知，太陽能的輸出會受到日照強度和溫度的影響。隨著日照強度的增強，輸出短路電流和最大功率也會顯著上升；隨著溫度的升高，開路電壓成下降趨勢；總體的輸出功率隨著日照強的增強而升高，隨著溫度的上升而減小。
2.3 鉛酸蓄電池的充電控制
鉛酸蓄電池的充電方式有：恒流法、恒壓法、二階段法、三階段法。
恒流法控制簡單但是利用率較低，且會析出過多的氣體；恒壓法充電時間短而且效率較高，但是充電初期的充電電流有可能會給電池造成損傷，而且選擇充電電壓時若是沒選合適的電壓會浪費很多時間；二階段法能夠克服以上兩種方法的一定缺點，先采用恒流法直到電壓滿足規定的電壓值，改為恒壓法，這種方式能夠有效保護電池，析出氣體較少；三階段法指的是在二階段法之后繼續進行微小電流充電，補充自放電引起的電量損失，又叫浮充。
3 結語
本文以河道水位監測為例，對太陽能供電的GPRS無線數據傳輸系統設計進行了介紹，說明該系統在實際應用中的可行性很高，適合大范圍推廣。
參考文獻
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[2]吳炎彪.太陽能無線數據采集系統設計與研究[D].杭州電子科技大學，2009.
[3]王修強，周新志.基于GPRS無線數據傳輸系統的設計與實現[J].中國新通信，2010（09）.
篇5
Research on Power Transmission Mode and Development Trend of Wireless Delivery
朱先清 ZHU Xian-qing；牛華慶 NIU Hua-qing
（山東電力集團公司臨沂供電公司，臨沂276003）
（Linyi Power Supply Company，Shandong Electric Power Corporation，Linyi 276003，China）
摘要：對常規電力輸送和無線電力輸送從傳輸原理上進行介紹，主要描述了常規電力輸送架空線路傳輸的具體組成結構和無線輸電因傳輸距離不同而使用的傳輸原理。并從傳輸的靈活性、安全性和經濟性三個方面比較了兩種電力傳輸各自的優缺點，突出了無線電力傳輸在輸電過程中具有良好的發展前景。以無線輸電的三種原理，分別闡述了今后主要的發展方向。
Abstract: The conventional power transmission and wireless power delivery in the transmission principle are introduced, this paper mainly describes the specific structure of conventional power transmission especially overhead line transmission and wireless transmission with different transmission distance by using transmission principle. And from the three aspects of transmission that are flexibility, safety and economy，through comparing the advantages and disadvantages with two kinds of power transmission, the wireless power transmission in the transmission process shows good prospects for development. The three principles of the wireless transmission respectivelydescribe the main development directions.
關鍵詞 ：電力輸送；架空線路；無線；磁耦合共振
Key words: power transmission；overhead line；wireless；magnetic coupling resonance
中圖分類號：F407.61文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2015）20-0193-03
0引言
電能從被探索、研究，到全面應用，在人類歷史上不到300年歷史，卻已極大地推動了人類社會的進步；現今，人們的日常生活以及社會的正常運轉，工廠的生產作業都離不開電能，它與人類息息相關，是最重要的能源之一。而輸電，即電能的傳輸在該過程中是極其重要的環節，是電力整體系統的關鍵組成部分，它與變電、配電和用電一起構成整個電力系統[1]。通常，人類所能支配的電能由發電廠產生，經由負荷中心調控，分配到下級用電單位；這個過程中，輸電將相距幾十至數千千米不等的發電廠與負荷中心聯系起來，使電能的利用超越地域的限制，更加靈活、方便，相較于其他能源的輸送具備效率更高、損耗更低、環境污染程度小等優點。
目前，大規模建設的電網電力傳輸，因鋪設方式與結構形式的不同，可簡單劃分為架空輸電線路輸送和地下輸送線路輸送；架空輸電由線路桿塔、導線、絕緣子等構成，架設在地面之上。地下線路主要是使用電纜，鋪設在地下或水域下。架空線路以其架設及維修相對方便，成本也較低優勢相對于地下線路造價高、鋪設難度大、發現故障及檢修維護等均不方便的缺點，使得采用架空線路輸電是最主要的方式。而地下線路主要用于架空線路架設困難的地區，如城市或其他特殊地區輸電。架空線路輸電是有線電力傳輸主要作業方式，大部分電力傳輸都涉及該種形式，一般遠距離輸電，需要提高電力電壓進行輸送，如傳輸距離超過50km，輸送電壓要求達到110kV，為高壓輸電，配套的設備（如變壓器等）設備要求高，相應的使用和維修成大，同時輸電過程存在的較大危險隱患以及維修困難等缺點；容易受到氣象和環境（如大風、雷擊等）的影響而引起故障，電網的形成需要占用大量土地，超高壓或特高壓交流輸電還會造成電磁干擾等，在如今科技高度發展，電網覆蓋程度不斷壯大的今天，以出現諸多不便與困擾。
無線電力傳輸是近十年來得到極大重視和不斷研究、發展的電能傳輸手段，該項技術早在19世紀中后期就被特斯拉提出，認為可以借用地球本身與大氣來進行遠距離輸電，后來雖然由于資金等原因未能實現[2]，但這一理論研究為無線輸電提供了研究的基石。目前，無線電力傳輸還不是很成熟，在一些領域，尤其是手機、家用電器等用電設備的供電與充電已研發出相應的產品；但是，如常規的電力輸送（以架空輸電為例），實現遠距離的基站與基站的電力傳輸還停留在實驗階段或因傳輸效率等問題未能實現大面積使用推廣。在今后的不斷研究中將突破技術障礙，實現無線輸電電網的改革。目前，最遠的無線傳輸是2015年3月12日，日本三菱重工也宣布，科研人員將10千瓦電力轉換成微波后輸送，其中的部分電能成功點亮了500m外接收裝置上的LED燈，說明無線傳輸在取代和應用是可能的。
1常規電力傳輸
常規電力傳輸是現今電力傳輸的主要實現方式，基于電流在導體中傳導，進而傳送電能的基本原理來完成整個過程。其中最主要的架空線路傳輸一般由導線，傳導電流的核心部分；避雷針，置于桿塔頂，減少雷擊的可能，保證輸電線的安全；桿塔，支撐線與避雷針，保證線與線、線與地面之間的距離；絕緣子，使線之間、線與地面之間絕緣；金具，支撐、固定和連續線與絕緣子；桿塔基礎，確保桿塔不會因為外力或突發事件（如大風、地陷等）而上拔、下沉或傾倒；拉線，用來平衡導線橫向載荷，減少導線之間張力，降低使用成本；接地裝置，通過基桿塔的接地線或接地體與大地相連，防止雷擊時線路損壞。針對特殊地域（跨河、跨海等）和城市電路輸送，常采用地下輸送線路輸送，可基本消除雷擊影響的可能，不占用可使用土地，但鋪設和維護成本過高，不適用遠距離輸送，使用范圍窄；除卻與桿塔相關的構建，其余組成與架空線基本相同，增大了絕緣性能，防止電流泄露。
2無線電力傳輸
無線電力傳輸根據輸電距離可分為三類，即短程無線供電、中短程無線輸電和遠程（超遠程）無線電力傳輸[3-4]。不同的無線輸電方式所采用的原理存在差異，但其基本構成基本由五部分組成，分別為電源（發電設備）、整流器、逆變器、線圈（可為變壓器或發射電波線圈）、負載（用電設備）組成，具體結構如圖1。短程無線供電是基于電磁感應原理運作的，最典型的電磁感應在輸電中的應用是變壓器使用。變壓器由一個磁芯和二個線圈（初級線圈、次級線圈）組成；當初級線圈兩端加上一個交變電壓時，磁芯中就會產生一個交變磁場，從而在次級線圈上感應一個相同頻率的交流電壓，電能就從輸入電路傳輸至輸出電路，實現短距離或超短距離電能的傳輸[5]。電磁感應突出的特點是帶點端與用電端可為非接觸式連接，其電能發射端的線圈（連接電源）與接收端的線圈（用電產品），處于兩個分離的裝置中，電能通過感應線圈傳送，這類似一個線圈間耦合不緊密的變壓器。
這種變壓器原理適用于供電的防水設計、不能直接接觸的供電設計（如人造器官的電池充電）等新型技術的需求。
中短程無線電力傳輸是基于電磁共振耦合或電磁波射頻的原理實現的，當供電與用電設備之間的距離大于感應線圈直徑的8倍時，此時穿過電磁感應線圈的磁感應強度大幅削弱，使電能傳輸的效率降低而嚴重影響電能的傳輸。而電磁共振耦合可實現超過該距離的電能傳輸，具體而言，整個傳輸系統由兩個主要的線圈構成[6]；一個線圈與電源相連向外發射電磁波，為非輻射型磁場，另一個線圈的固有頻率設計為磁場頻率相同，振蕩電流最強，而“接收”電磁波，實現電—磁—電的轉化，即一個無線的電能傳輸。借用電磁共振耦合的原理完成的無線輸電距離已完全覆蓋了常規工廠或家庭電器設施用電和手機等電子設備充電的需求，使充電和用電變得更加便捷是重要的應用方向。
遠程或超遠程無線電力傳輸使用的技術手段是微波和激光[7]。一般認為以無線電磁波的形式進行遠距離的電力傳輸不太合適，因為理論認為，電波波長越長其定向性越差、彌散性越高。而微波波長在300MHz~300GHz是介于無線電波與紅外線之間，兼具無線電波傳遞方向性好與紅外線衍射（穿透性）的特點，可用于遠距離能量的傳輸；激光具備定向性、高亮度性和高能量性，在忽略阻礙物的條件下，很適合電能的遠距離無線輸送，但穿透性差且由于激光的高能量性可能帶來安全隱患。因而，目前兩種方式以其各自的優點在遠程無線電力輸送中都作為研究的方向。
3優缺點比較
3.1 靈活性
靈活性即電力輸送距離可靈活變化，對于某一需求電路可直接使用或變化輸電距離時添減材料和設施可以達到。對于有線電力傳輸，是通過電流在導體內傳遞來傳輸電能的，在不考慮超高電壓輸送情形下，一定范圍內改變輸送距離，只需設置對應的架空線即可；即便改變距離超過對應電壓可輸送的距離，為了降低輸送過程中電能的損耗，提高輸送線路電壓及其安全配到設施、升高線路距地高度就能滿足輸送要求。具體的各級電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離如表1[8]。
無線電力傳輸根據傳輸距離的不同所選擇的傳輸工作原理也有差異，短距離——電磁感應，中距離——電磁共振耦合，長距離——微波或激光[9]；對于不同距離的電力輸送和供電需求設計的電力傳輸裝置，其工作原理是預先設計并固定使用的，用途和適用范圍（距離）不容易改變，針對性強，但使用靈活性較差。同時，由于無線電力傳輸原理多，使用面更廣，對于有線輸電不易或不可能完成的傳輸作業均可實現，如“免電池”無線鼠標、植入式醫學器件充技術、“無尾”電視、外太空能量向地面的輸送等均是無線輸電廣泛應用表現形式[10]。
3.2 安全性
常規電網或家庭、工廠布線都離不開電線與連接元件，防止電線直接裸露在空氣中造成觸電或線與線之間的短路，通常在電線周圍裹上絕緣子等絕緣體。但是用電與輸電時刻發生在人們的周圍，大量的電線與插座等在絕緣子老化后，很可能造成觸電或短路的危險，嚴重影響使用安全。而無線電力傳輸的主要三種均是以電——磁（電磁波或磁場）——電的形式傳遞，讓“電流”通過空氣或其他介質傳播，不會使使用者或處于介質的人員有觸電的感覺，且無線電力傳輸技術不產生輻射，部分已無線電力傳輸研發的產品其安全性已經通過FCC、IEEE和CCC等標準認證，不會產生危險，避免了帶電插拔、電源線短路等等可能的安全隱患。如2008年8月英特爾信息峰會上演示了采用電磁共振耦合的原理隔空1m為60W等泡供電，雖然效率只有75%，但基本滿足日常燈泡供電的距離需求，不會因為布置電線而存在任何隱藏的危險。在確保安全性的前提下，中短程無線供電方式將可以徹底解決家庭、工廠布線凌亂、電器位置固定、插座破壞建筑布置美觀等等問題，具備可靠地安全保障[11]。
3.3 經濟性
短程電磁感應中的磁場，中程或遠程的電磁波（微波和激光可視為電磁波）傳播過程中不需要介質，甚至在真空中的速度接近光速。電力傳輸只需鋪設發射端和接收端，兩端主要部件均由調理電路和線圈組成，檢查兩端是否能正常工作即可維護整個輸電線路，成本較低。而常規的有線電力傳輸過程需要借助介質，一般為金屬介質，雖然在傳播速度同樣接近光速，但傳播距離和傳播效率受介質影響。電網中使用較多的為架空線路，其使用的介質導線材質常使用的有三種材料——銅、鋼和鋁。以傳遞過程中的電壓、傳輸距離及最大負載作為使用材質選擇條件，使用最多的銅芯鋁絞線，電壓越高，導線截面越大。傳輸線路的鋪設成本隨距離的增加而增加，隨電壓的增加而增加。以銅芯鋁絞線為例，由于傳輸距離的改變，承載功率由10kW增長到35kW，線截面積對應的由1mm2增加到6mm2。不僅如此，對于架空線路而言，配套的配電、桿塔和其他安全設施也極大提高了成本。電壓提高時，相應的設備，尤其是與安全與傳遞效率相關的設備，成本呈幾何線增漲。架空線大部分鋪設在野外，而且高壓輸電桿塔較高，對于維護和修理的難度很大、成本較高。
4無線輸電的發展前景與方向
無線輸電作為一種新型的技術還不太成熟，在傳輸效率與功率上還需進一步的高[12]。以磁感應原理的無線電力傳輸由于距離的限制，目前只應用于供電、用電部分距離很近的情形，如變壓器和芯片信息識別等。中程的“磁耦合共振”是最可能替代目前架空線路的無線傳輸技術，其傳輸的距離和效率與兩端線圈大小直接相關，實現兩端線圈完美共振，并研發能提高傳輸距離與傳輸功率的線圈結構，將會對無線電力傳輸有著極大地推廣作用；其次，工廠用電機械、家用電器、手機等用電設備的充電與電源之間的距離在“磁耦合共振”輸電的距離之內，借用“磁耦合共振”代替傳輸導線、簡化傳輸結構、提高使用安全為當前及今后無線輸電的主要研究路線。隨著科技的發展，對能源的需求與日俱增，地球能源有限，從太空獲取額外的能源并輸送到地面是將來發展的必然趨勢，而遠程的無線輸電成了必要的基礎，對微波與激光輸電效率以及輸電環境適應性成為今后的研究方向。
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篇6
【關鍵詞】 諧振耦合 無線充電 RFID 智能家居
一、引言
所謂無線充電技術通常指的是電能的無線傳輸技術，通俗的說，就是不借助實物連線實現電能的無線傳達。這樣做的好處是方便、快捷，減少在苛刻條件下使用電纜帶來的危險性等。關于無線充電技術的研究開始較早，早在1900年，尼古拉?特拉斯就開始無線電能傳輸的實驗，經過一百多年的發展，關于無線傳電的方法多種多樣，但是基本原理大概可以分為以下三種：電磁感應式、無線電波式、諧振耦合式，通過非輻射磁場內兩線圈的共振效應實現中距離的無線供電。
從表1對比可知， 諧振耦合式無線充電技術的非輻射性、高效率等優點是其它無線充電技術無法相比的。所謂諧振耦合式就是利用接收線圈的電感和并聯的電容形成共振回路，在接收端也組成同樣共振頻率的接收回路，利用諧振形成的強磁耦合來實現高效率的無線電能傳輸。該技術的出現引起了國內外學術界與工業界的巨大興趣，被公認為目前最具發展前景的一種無線能量傳輸技術方案。
但是目前基于諧振耦合式的無線充電技術的研究偏向理論化，缺乏對實際應用有定量指導意義的研究成果，同時此技術傳輸功率較小遠遠不能完成大功率能量傳輸，也存在著能量損失較高等缺陷。但毋庸置疑，諧振耦合式無線充電技術對充電設備位置的靈活性以及充電設備的高效匹配性具有重要的實用價值。
二、國內外研究現狀
無線能量傳輸的構想最早可以追溯到19世紀80年代，由著名電氣工程師（物理學家）尼古拉?特斯拉（Nikola Tesla）提出。為證實這一構想，特斯拉建造了巨大的線圈用于實驗使用。由于實驗耗資巨大，最終因財力不足沒有得到實現，隨后也一直被技術發展水平所限制。
國外對無線充電技術的研究開展的比較早。1968 年，美國著名電氣工程師P. E. Glaser在W. C. Brown提出的微波無線能量傳輸（WPT）概念的基礎上提出了衛星太陽能電站（SSPS）的概念。隨后美國，日本和歐洲等國都試圖把這項技術作為獲取新能源的手段，但由于該方案在技術上要求很高，故在實際使用上存在一定的局限性。隨后，一家名為 Powercast 的公司推出了一款利用無線電波充電的充電裝置，實現了距離為1米左右的低功率無線充電。
另一方面，在20世紀70年代，美國出現了電磁感應能量傳輸原理的無線電動牙刷。這項應用的傳輸功率和傳輸距離都不是很理想，但其無線的特征卻恰好滿足了其特殊條件下的應用要求。近年來，美國、日本、新西蘭、德國等國家相繼在這項技術上繼續深入研究，目前已經研發了很多實用的產品：美國通用汽車公司研制出的 EV1 型電車；日本大阪幅庫公司研制出的單軌型車和無電瓶自動貨車；2013年10月，瑞典汽車制造商沃爾沃聲稱成功地研制出電磁感應式無線充電汽車。
國內對無線充電技術的研究相對較晚。目前在無線電波和電磁感應無線能量傳輸方面取得的主要成果有：2005年8月，香港城市大學電子工程學系教授許樹源教授宣布成功研制出“無線電池充電平臺”；中科院嚴陸光院士帶領的研究小組從高速軌道交通的角度對運動型應用進行了性能分析；2007年2月，重慶大學自動化學院非接觸電能傳輸技術研發課題組突破技術難點，設計的無線電能傳輸裝置實現了600至1000W的電能輸出，傳輸效率達到 70%。
諧振耦合式方案是2006年由美國麻省理工學院物理系助理教授 Marin Soljacic 所帶領的研究團隊提出來的。并于 2007 年 7 月 6 日在科學雜志《Science》上發表成果文獻。團隊利用該方案，成功的點亮了距離為2米外的一個60 瓦的燈泡，傳輸效率為40%左右。此項稱為“Witricity”技術，該技術樹立了無線充電技術發展史的里程碑。一年后，Marin Soljacic團隊聲稱已將傳輸效率提高至90%。
由于該技術極具前景和市場，世界各國的相關機構和公司也不約而同的進行深入研究。2010 年 1 月，海爾在美國拉斯維加斯舉行的國際消費電子展（CES）上展出了最新概念產品無尾電視。一方面，產品運用無線通信技術傳輸視頻信號；另一方面，又使用諧振耦合式充電技術供電，真正實現了無線化。
三、發展疑難點及解決方案
3.1 如何克服干擾源的影響
無線能量傳輸系統工作在包含各種用電設備的電磁環境中，易受到外界電磁源的干擾。一方面，磁耦合諧振無線能量傳輸系統以磁場為能量傳輸介質，任何能感應到磁場的元件都可能成為負載，這種情況為無源干擾源，稱為負載類干擾，干擾源稱為負載類干擾體；另一方面，外磁場也會影響能量傳輸系統的磁場，這種情況為有源干擾，其干擾源為干擾場源。這些干擾都會降低系統的傳輸效率。根據無線輸電原理，本文提出以下兩個解決方案：（1）選擇隔磁的充電空間。為了避免干擾源對能量傳輸系統的影響，可以把能力傳輸系統與干擾源隔離，故可以利用電磁屏蔽技術，使系統不受外界干擾源影響。電磁屏蔽的工作原理是利用反射和衰減來隔離電磁場的耦合，所以可以制作屏蔽體，來保護系統免受外界電磁波干擾。如屏蔽導電漆就是能用于噴涂的一種油漆，干燥形成漆膜后能起到導電的作用，從而屏蔽電磁波干擾。（2）控制能量傳輸系統的諧振頻率。由磁耦合諧振式無線能量傳輸機理的研究知，能量傳輸系統對干擾源的頻率十分敏感。在實際應用中，0.5～25MHz 尚屬于空白應用頻率段，因此可以在設計能量傳輸系統的時候，使系統的諧振頻率滿足電磁耦合的同時盡量處于0.5～25MHz之間，這樣有可能降低實際應用中的電子設備對無線能量傳輸系統的影響。
3.2 如何提高傳輸距離
美國麻省理工學院物理系助理教授 Marin Soljacic 所帶領的研究團隊成功地點亮了距離為 2 米外的一個 60 瓦的燈泡。但目前這種技術的最遠充電距離只能達到2.7m，傳輸距離較近嚴重限制了它的應用。由于傳輸距離的遠近與能量傳輸系統的電路結構密切相關，現提出如下解決思路：改變電路參數角度來提高傳輸距離。研究表明，傳輸距離受到頻率、線圈參數等的影響。線圈的諧振頻率越高，傳輸的距離越遠；線圈的線徑越大，傳輸的距離越遠；線圈的直徑越大，傳輸的距離越遠；線圈的匝數越多，近距離傳輸效果強于遠距離傳輸效果。因而可以綜合頻率、線圈參數等因素，選定合適的電路器件，使系統傳輸距離較遠。
3.3 是否存在有害電磁輻射
磁耦合諧振式無線充電技術的原理告訴我們，由于電感線圈的存在，必然會產生磁力線輻射，那么這樣的磁場會不會造成電磁輻射危害人們的身心健康呢？在電流的輻射方面，目前無線充電器基本上將交流電整流后轉換為直流電，且功率極小，業內人士也一直在強調理論上對人的健康不構成威脅。但是輻射的問題，現在也只是停留在理論分析上，到底會不會，依舊是需要更進一步的理論分析和實驗研究，只能讓時間來證明。
四、發展前景及創新
4.1 RFID與無線充電技術的融合
射頻識別技術是利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）傳播來實現無接觸式信息傳遞并通過所傳遞信息達到自動識別自標的一種技術，將RFID技術與無線充電技術相結合，對每個無線充電設備嵌入RFID電子標簽，讀寫器通過射頻信號同電子標簽進行通信，保證被充電設備與充電系統的完全分離，實現能量的高效率無線傳輸。
4.2 智能家居與無線充電技術融合
智能家居是物聯化的一個體現，最終發展方向之一是終端無線化。應用無線充電技術，可以使各家電系統自動獲取電能，進一步實現智能家居的自動控制化。但在無線輸電過程中產生的磁場是否會影響到各級系統裝置的正常工作有待進一步考證。如果相互影響問題得到有效的解決，無線充電設備與常規家電設備能有效共存，則是智能家居與無線充電兩大領域的完美結合，勢必進一步改變人類生活。
4.3 電動汽車與無線充電技術融合
無線充電技術對手機等小型電子產品而言，是個錦上添花的新功能，對電動車產業而言，則可能是啟動整個市場的關鍵。對電動汽車進行無線充電，沒有外露的連接器，可以徹底避免漏電、跑電等安全隱患。同時采用電磁共振式無線充電技術，可以將電源和變壓器等設備隱蔽在地下，讓汽車在停車處或街邊特殊的充電點充電。若能將無線充電技術應用于電動車產業，將是電動車行業的一大改革。
五、結束語
諧振耦合式無線充電技術是目前最被看好的無線充電技術之一，從長遠來看具有廣泛發展空間及應用前景。但是每一種無線輸電方式都有一系列的關鍵問題需要解決，如何實現電磁共振式無線充電技術應用的大型化、高效化與距離化，是各國科學家探索研究的重點。隨著技術水平的提升，無線充電技術發展迅速，應用逐漸成熟，技術普及逐步實現，在未來的各種場合，無線充電技術無疑將扮演重要角色，服務全人類。
參 考 文 獻
[1] 曲立楠，磁耦合諧振式無線能量傳輸機理的研究，哈爾濱工業大學碩士論文，2010
[2] 范明，諧振耦合式電能無線傳輸系統研究，太原理工大學碩士論文，2012
篇7
【關鍵詞】微網；電動汽車；無線充電系統
電動汽車是新時期的一種低碳出行模式，符合現階段環境污染嚴重的特點。電動汽車無法及時充電是導致這一技術停滯不前的重要原因。這使得電動汽車的出現成為一種必然。
1 電動汽車充電模式簡介
目前，多數充電汽車可實現的充電方式就是利用充電樁或充電站與電網的連接，但是充電過程中易產生火花。甚至是磨損，很難維護，并且不能做到及時充電。而本文所提出的無線充電技術是一種以電感應和磁感應為主的一種感應方式。具有效率高、無輻射性，因此應用廣泛。規模巨大的電動汽車接入電網后會產生一定的安全問題，并且我國能源的應用而言，電動車充電過程中的碳排放量并不低于傳統的燃油排放，以此對于該系統的污染控制也是十分必要的。目前技術上，尚不能對電動汽車的污染進行全面控制。微網改變了大電網的運營模式，采用獨立的系統和分布式電源，因此可以實現對某個區域的單獨供電，減少了浪費，提高了供電效率。微網與傳統的網口可以實現連接，從而吸收更多的電能。采用這種供電方式，降低了大規模供電造成的威脅，提高能源利用率、污染物排放量將明顯減少，甚至可以做到零排放。對于現代環境的特點而言，采用無線充電技術是一種必然。目前常用的無線充電技術如“多端口充電”直流微網技術，該技術可用于混合動轎車。但是，單獨使用微網，具有一定的沖擊，因此常將微網與無線充電技術結合使用。文章通過具體的仿真實驗過程對這一系統進行了詳細的分析，以便于提高其在電動汽車使用中的作用。
2 采用微網的電動汽車無線充電系統
電動汽車無線充電系統以微網為核心技術，系統主要是由微網系統、無線傳輸線系統和充電系統組成。三個部分缺一不可，其具體的應用流程和應用效果如下。
2.1 微網系統
微網系統以干凈清潔、使用方便的的光伏和蓄電池組合，溫度變化對其無影響。光伏系統直接連接于直流母線，蓄電池則以雙向DC-DC的方式并聯在直流母線上，通過光伏的最大功率跟蹤監督充放電過程。在本次設計中，白天充電，參考電壓為光伏最大功率跟蹤電壓，并且在光伏和蓄電池協同工作基礎上完成。夜間充電則相對簡單，只需要蓄電池就可以完成。
2.2 無線電能傳輸系統
在本次設計中，還采用了電動汽車無線傳輸等效電路，即SS型電路拓撲結構。該結構的頻率較為穩定，影響因素少。收發線圈則是整個無線充電系統的核心，其設計效果決定無線電能傳輸是否成功。在設計過程中，應以固有的諧振頻率為標準，且保證較高的Q值。同時，必須正確設計線圈尺寸，選擇合理的材質，在參數的選擇上，具有一定的順序性，優化過程要貫穿始終。目前常使用的是多股細銅線，可降低能源損耗。
2.3 電動汽車電池充電系統
將電池和無線接收線圈同時置于電動汽車上，通過AC-DC來接收產生的高頻電壓和電流，直流電為主，利用DC-DC控制器依據車載電池的需要來保證恒壓或者電流恒定的充電過程。其具體的充電策略為：隨著車載電池電能的逐漸增多，充電狀態會不斷的發生變化，當端口電池電壓上升時，車載電池已經接近與飽和狀態，車載電池電壓達到其最大電壓且充電電流小于其最小電流時，蓄電池充電已滿，立即停止充電。
3 仿真與實驗結果分析
要驗證該系統設計是否合理，我們對其進行仿真實驗，并將結果分析如下。在本次實驗中，光伏輸出選擇直流電輸出，這一過程可以有效的降低電量損失，并且降低了以往電器使用中易產生的諧波。與傳統的大電網技術相比，該系統的成本更低，預計未來高頻逆變器DC-AC可以采用100kHz的高頻電壓斫行電能輸出。在本次設計中，還設計了經高頻逆變之后的電壓、電流。無線供電部分是為能量傳輸的核心部分，因此對整個系統的運行具有不可忽視的作用，在整個的系統中起到至關重要的作用。另外，諧振式無線電能則能夠高正傳輸效率的提高，尤其是可以對傳輸數據進行優化。電動汽車的車載電池通常以日系leaf為模型，在電動汽車無法接收信號時，必須通過100kHZ的高頻電壓經模塊進行整合。再利用DC-DC器來保證其充電過程。仿真結果可以說明該系統實施的可行性，但是要通過實驗進行驗證。筆者根據多年經驗，提出可這一實驗過程，通過部分實驗得出結論。當發射端與接收端間距為30cm左右時，無線電能進行傳輸，為通過通道間具有隔離措施的TPS2014示波器測量到的發射端與接收端的電壓曲線。測量結果顯示出后者落后前者π/2個電角度，在整個過程中，理論與結果均保持一致，使電動汽車能夠成為未來的主要交通工具。
4 總結
電動汽車的出現和使用將成為一種必然，但是在這一過程中，充電問題是其始終難以解決的問題，在以往多年的研究中，提倡使用大電網充電，但是這種充電容易造成浪費，并存在一定的安全隱患。而隨著技術的發展，以及微網的無線充電系統開始出現在電動汽車中，本文第這一技術進行了具體的分析，將其核心技術進行了闡述。電動汽車無線充電系的方針將推進這一實驗的進行，將成為未來使用的重點。從我國的現狀和技術發展來看，將汽車的無線充電系統廣泛使用將成為一種必然，具有廣闊的應用前景。
【參考文獻】
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篇8
關鍵詞：電力系統 電能計量信息采集 通訊技術
中圖分類號：TM746 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2012）012-087-02
通訊技術在先進的現代化技術與理論等方面的支持下，已取得較快的發展與進步，通訊技術的優勢在發展中越來越鮮明，被廣泛應用于各行各業的生產中，在電力系統的運行中也得到將大規模的應用，尤其是在電能信息采集方面發揮了重要作用，有效提高了電能計量信息采集的準確性與信息數據的精度，為電力系統的高效運行提供很多便利，對于實現電能計量系統的高效節能有著至關重要的意義，并在保障電力系統運行質量方面發揮著也將長期發揮重要作用。
1電能計量信息采集通訊技術
電力系統電能計量信息采集的通信組網分為兩部分，即本地通信與遠程通信。
1.1本地通信
客戶電能計量裝置與系統采集終端間的數據通信即為本地通信，本地通信因電能計量信息采集應用的不同而存在較大差異，例如：可通過RS-485總線通信方式，簡單而方便地進行對公用或專用變壓器的電能計量信息采集，而通過本地通信采集居民電能信息卻較復雜，需要多種通信方式集合起來進行采集。本地通信的通信方式有多種，主要包括RS-485總線通信方式、低壓電力線載波通信方式以及微功率無線通信方式等，其中RS-485總線通信方式的通信質量主要取決于RS-485芯片質量，RS-485芯片必須保證接收器輸入端輸入電阻為12千歐或以上、輸入端電容低于50 pF且輸入靈敏度可達到200mV，同時驅動器可輸出共模電壓為正負7V，若配置120歐終端電阻時有32節點數，則驅動器還可輸出不低于1.5V的電壓。低壓電力線載波通信方式還可分為兩類，及窄寬和寬帶。而微功率無線通信方式也被稱之為小無線通信，是發射功率不大于20兆瓦且使用頻率433/470兆赫的無線射頻通信，藍牙技術因其設備簡單且較強的抗干擾能力等優點而在微功率無線通信方式中應用最多，在電廠與供電站的電能信息數據采集方面發揮很大作用。
1.2遠程通信
系統主站與系統采集終端間的數據通信即為遠程通信，主要包括公網通信與專網通信，其中公網通信是通過專用線與光纜等通信資源并基于有線電話網、移動GPRS、城市寬帶網以及聯通CDMA網等有線與無線數據傳輸網絡而組成的通信網，需要在保證安全可靠運行并滿足實時性要求的基礎上合理選擇通信資源并建立通信鏈路，這也是遠程通信對數據傳輸的基本要求。而230MHZ無線專網是由國家無線電委員會規定并在早期電力負荷管理系統中發揮重要作用，230MHz無線電通信的通信環節少且效率高，直接由終端與主站電臺通信，且230MHz無線電通信的為雙工頻點，并可通過異頻半雙工方式實現兩個頻點的收發，而存在于兩個頻點之間的保護頻段對于發射機與接收機間的干擾防御有很大作用。根據國家無線電委員規定，230MHZ無線電通信采用的頻點為220-240MHZ頻段范圍，信號在這一頻段內的傳輸過程中會受到諸如地物及地形等多方面的影響，而對于計算分析的信號傳輸特性與實際結果存在差異的狀況，則必須通過建立可靠的230HMZ無線電通信網來進行信號場強測試以及電波傳播特性的實地研究。
2光纖通信網絡技術
根據電力通信規劃且以光纖為信道而建立的電力系統的內部通信網絡技術即為光纖通信網絡技術。
2.1光纖通信網絡技術特點
光纖通信網絡具有較大的容量，而且其體積較小且質量較輕，這不僅有效降低了運輸難度，也使得施工簡單便利，同時光纖通信網絡衰減極小，還有較良好的防干擾性能，并且因光纖不會受到電氣化鐵道、強電以及雷電等的干擾，使得光纖通信網絡也具有極好的抗電磁脈沖能力及保密性，光纖通信網絡還有成本較低的優勢，有效降低了有色金屬用量。
2.2微功率無線通信技術
通信收發雙方只要在限制范圍內的發送功率并通過無線電波進行信息的傳輸，就可以稱之為微功率無線通信，也就是說，微功率無線通信技術有相當廣泛的定義范圍。通常情況下，微功率無線通信技術是先通過發送端進行編碼與調制待發送的數據，然后進行數模轉換與信號調理以及發射，再通過接收端接收信號并進行濾波及增益調節，最后實現模數轉換解調以及解碼輸出并完成整個通信過程。所謂微功率，其實就是與發射功率較大的無線通信設備發射功率相較而言的，主要包括PHS、CDMA、GSM以及電視信號塔等，較之于10W以上發射功率的GSM基站，常見手機的發射功率最大為2W，而發射功率更大的就屬電視信號塔了，而微功率的無線通信設備，其發射功率主要都低于l00mV，并且還嚴格限制著其他相關參數，包括功率譜密度以及散射功率等。
2.3主流微功率無線通信技術
主流微功率無線通信技術主要包括ZigBee技術以及藍牙技術：（1）ZigBee技術（IEEE 802.15.4）。ZigBee是在IEEE 802.15.4標準基礎上發展起來的擴展集，而ZigBee技術是新興的無線通信技術，具有自組織、距離短、數據速率與復雜度低、且功耗與成本低等特點，ZigBee技術是在24GHZ的ISM頻段內進行工作，其無線傳輸速率為10M-250kbit/s，且距離在10米到75米范圍之間，該技術近似于藍牙技術。ZigBee技術主要適用于不需要連續更新以及實時傳輸的條件下，很多時候是不需用ZigBee技術的。不過ZigBee技術有一個叫鮮明的特點，即通信能力相當強大，主要可以從其通信速度方面得到論證和體現，ZigBee技術的通信速度可高達每秒250千比特，其通信效率在75字節以下的數據幀長度時甚至比藍牙技術還要高。所以說，ZigBee技術對于大規模網絡化集抄而言是由相當重要的意義的，通過ZigBee技術來集中龐大網絡中的數據，只需要較短的時間就可以實現，這項能力也是優于其他形式的集抄手段的重要優勢。（2）藍牙技術。藍牙技術也是使用2.4GHZ的ISM頻道的一種支持短距離設備通信的無線通信技術，具有距離短、數據傳輸速率高且成本低等特點，利用藍牙技術可以主要實現語言與數據的近距離傳輸，通過藍牙設備進行有效通信的距離范圍為10-100m。藍牙設備選用可全球自由使用的2.4GHZ的ISM頻段為其工作頻段，使用時不需要專門申請，為客戶使用提供很大便利。由于其頻道采用每秒1600跳的跳頻速率以及頻道間隔23個或79個IMHZ的時分雙工方式，大大提高了藍牙系統的抗干擾能力，讓藍牙系統在設備簡單的基礎上還具有優越的性能。
3結束語
總而言之，在社會經濟技術的支持下不斷發展與完善的通訊技術的適用范圍不斷擴大，在與人們生活及生產息息相關的電力產業中也得到大規模的應用，特別是電能計量信息采集通訊技術，更是為電廠以及供電站信息數據的采集提供了許多便利，對提高信息數據精度有重要意義，同時也為保障電力系統運行質量創造了良好的條件和環境。
參考文獻：
篇9
【關鍵詞】無線輸電 諧振 磁耦合
近年來，電子技術快速發展，無線充電技術逐漸成為研究熱點。無線充電無需充電接口機械接觸，提高了充電的便捷性，也提高了充電設備的使用壽命。目前無線充電技術普遍存在的問題是充電距離近，傳輸功率低等不足。本課題設計了一種無線輸電裝置， 以音箱為負載，研究了發射和接收線圈在不同距離情況下的輸電效率。
1 無線輸電系統的設計
1.1 系統總體結構
系統總體結構如圖1。電網中的工頻電經整流濾波得到直流電，將其進行高頻逆變得到高頻交流信號。高頻交變電流送入發射線圈，在線圈中產生高頻交變的電磁場，通過電磁感應在接收端的接收線圈中產生同頻率的交變電流，從而實現無線傳輸電能的目的。該交變電流在接收端中產生相同頻率的交變電磁場，通過調整線圈，使的兩者振蕩頻率相同，故兩者產生共振作用，使能量的傳遞作用得到加強。最終電能從發送端通過電磁耦合方式傳送到無線供電接收端。
系統分為電能發射部分，無線互感部分，電能接收部分三大模塊。無線互感部分通過兩個結構和形狀相同的線圈實現，為保證能量的最大傳輸，必須調整兩個線圈使得線圈盡量對準。
1.2 發射電路設計
發射電路主要包括降壓電路、逆變電路、主控電路、發射線圈等。系統先通過降壓電路將220V市電轉變為低壓交流電，經整流后輸出5V直流電。
主控芯片采用XKT-408及T5336集成芯片。XKT-408對整流后的直流電進行高頻逆變產生高頻交流信號，送到發射線圈。圖2中XKT-408外接電阻和電容用來調節電磁波發射頻率。
T5336集成芯片與XTK-408配合，實現發射控制及管理。在振蕩過程中由于線圈的內阻及能量傳輸過程中的損耗，會導致電路中振蕩電流衰減，通過控制T5336輸出口電壓以補償電路中的損耗電壓。
主控芯片通過調整控制發送端發送功率的大小，實現對發射端電信號的監測及控制。
1.3 接收電路設計
電磁信號經接收線圈電磁耦合進入接收端，接收系統傳輸過來的無線電能。接收端的另一個功能是進行電路的實時監控。接收模塊由以下幾部分組成，分別為接收主控模塊、整流濾波模塊、接收端電壓產生電路以及負載。接收模塊如圖3所示。
接收端采用T3168無線接收芯片，接收傳遞來的高頻能量信號。外接RC并聯電路，在電壓輸出端并聯一個反饋電阻，構成負反饋電路，以改變接收電路負載大小，耦合傳遞到發射端，與T5536共同實現智能調節管理。
2 負載模塊
本系統選用藍牙音箱作為負載來進行輸電效率測試，負載大小為2*4Ω/1ω。該負載進行輸電效率測試較為方便。在調試時，可根據播放音效變化直觀感受無線輸電效率的變化，便于調整線圈距離和角度。該模塊主控芯片采用的是CRS公司生產的57F86藍牙模塊， 配合CSR BLUECORE5 芯片提升模塊的音質和兼容性。
有源音箱放大芯片采用的是ST公司生產的TDA2822M集成電路。
3 系統測試
測試時，調整耦合線圈角度和距離，使負載音箱播放音樂效果達到最佳，然后調整音箱音量，進行功率傳輸測試。逐漸增大線圈距離，在負載音箱輸出無失真的情況下，測量系統的發射及接收功率。
4 結論
測試結果表明，在輸出端負載為2*4Ω/1ω的情況下，輸電距離可以達到28cm。發射端電源功率為21.56w時，接收端功率可以達到4.8ω，傳輸效率η=22.2%。
無線輸電系統的能量傳輸效率隨傳輸距離的增加而減小，只有在發送功率和接收功率達到平衡時，無線能量傳輸達到最優的狀態。實驗表明，負載電路對系統也會起到一定影響。在今后的設計中，可通過增大發射端輸入電壓和增加兩線圈的尺寸，來提高無線輸電系統的工作效率，從而增加無線輸電的傳輸距離。
參考文獻
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篇10
【關鍵詞】無線供電；磁耦合共振；實驗
隨著科學技術的發展，人們日常生活中有了許許多多的電子電器設備，它們都附帶有電源線、充電器，而且各種充電器規格不一不能通用，這些電源線和充電器充斥了我們的生活，成了我們生活中無法拋棄的羈絆，我們有沒有可能徹底甩掉這些小尾巴？答案是肯定的，我們可以應用無線供電技術。海爾已經推出了“無尾電視”概念機，不需要電源線、信號線和網線。
無線電力傳輸是一種區別于有線傳輸的特殊供電方式。無線供電技術其實在很多年前就有概念，特拉斯在發明了交流電并構建交流供電體系后開始構想無線輸電方案，同時進行了實踐。
目前，無線供電技術有以下三種方法：
第一，電磁耦合。最早應用的無線供電技術是1885年研制成功至今仍在廣泛應用的變壓器，它是典型的電磁耦合無線供電例子，其基本原理是法拉第的電磁感應理論，兩組導線繞在鐵制框架上，兩者沒有直接連接，完全靠電磁感應傳遞能量。在現代社會生活中，這種電磁感應式的無線供電系統已得到了較為廣泛地應用，其中一個例子是電動牙刷。電動牙刷經常接觸水，無法采用直接充電方式，研究者采用電磁耦合無線充電技術，在充電座和牙刷中各有一個線圈，當牙刷放在充電座上時就有磁耦合作用，類似一個變壓器，感應電壓整流后就可對鎳鎘電池充電；另一個應用更加廣泛的例子是我們使用的各種智能卡片，如公交卡，第二代身份證和很多可以記錄信息的卡片，他們都采用了無線供電技術，這些卡片的內部結構相似，由一小塊芯片和一個線圈組成。在卡片中的電路中沒有供電模塊，當卡片在讀卡機邊晃動時，讀卡機周圍形成一個快速變化的磁場，卡片中的線圈產生感應電流，感應電流給內部的芯片供電，芯片對外發射信號，將自身的信息發送給讀卡器，接下來讀卡器就可以判斷出目前卡中有多少余額，并完成扣款操作。這就是非接觸IC卡的原理，實質已應用了無線供電技術。雖然電磁感應無線供電技術比較成熟，但這種供電技術會受到很多限制，其中最大的問題就是低頻磁場會隨著距離的增加而快速衰減，如果實際應用要增加供電距離，只能根據需要加大磁場強度，但磁場強度加大不僅增加電能的消耗，還會造成近距離的磁信號記錄設備失效，例如銀行卡上的磁條在強磁場下會去磁損壞。另外，電磁感應無線供電技術是直接以電磁波形式進行1cm以下的較近距離的發射和接收，電磁波向四面輻射，能量大量浪費，效率較低，通常它只適合相互“貼著”的小功率電子產品。
第二，光電耦合。光電耦合無線供電技術就是把電能轉化為光能，比如激光，通過光將能量傳遞到目的地再轉化為電能。光電耦合無線供電技術比較直觀，而且光電轉換技術也較成熟且應用廣泛。但我們知道光的傳遞路徑中不能有障礙物。所以光電耦合無線供電技術有很大的應用障礙。
第三，電磁共振。電磁共振其原理類似聲波共振的原理，兩種介質具有相同的共振頻率，就可以用來傳遞能量，稱之為非輻射性電磁共振。美國麻省理工學院的科學家正在開發一種使用非輻射性的無線能量傳輸方式來驅動電器，無論是手機，筆記本電腦還是數碼相機，如果這項研究獲得成功，它們的充電器都可以退休了。特定頻率的電磁波能引起物體的振動，如果兩個物體固有頻率相同，就可以傳遞這種振動，也就是傳遞能，研究人員讓一個天線發射電磁波，讓接收器來接收，轉化為能量，這是電磁共振無線供電技術的基本原理。按照這一原理所有使用電池的電器都可以換用電磁共振無線供電技術供電。將來電磁共振無線供電技術將會有很大的應用空間，比如在地下鋪設線路后，我們隨時可以為手機，甚至開行中的汽車充電。
根據以上分析，我們認為磁耦合共振無線供電技術是最有可能廣泛應用的技術。無線供電技術（無線充電）可以讓電能隔著空氣、塑料外殼實現傳輸，大大方便了應用。
無線電能傳輸方案如圖1。
圖1 無線電能傳輸方案原理框圖
采用磁耦合共振所消耗的電能只有傳統電磁感應供電技術的百萬分之一，當發射端通電時，它并不向外界發射電磁波，而只是在周圍形成一個非輻射磁場，這個磁場用了和接收端聯絡，激發接收端共振，從而已很小的消耗代價來傳輸能量。這項技術中，磁場的強度和地球的強度相似，人們不用擔心對自己身體和其它設備產生不良影響。
采用芯可泰XKT801芯片，我們進行了以下無線供電實驗。
無線供電模塊有振蕩電路、整形電路、檢測電路、頻率干擾抑制電路、電流自動控制、無線功率發射電路等組成。
圖2 無線供電模塊電路組成
