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无线输电的四种方式
2015-02-10 09:51:50 来源: 作者: 【 】 浏览:708次 评论:0分享到

1电磁感应原理

此原理与电力系统中常用的变压器原理类似。在变压器的原边通入交变电流,副边会由于电磁感应原理感应出电动势,若副边电路连通,即可出现感应电流。电力系统中的电压、电流互感器也是采用了类似的原理。

相对于无线输电而言,变压器的原边相当于电能发射线圈,副边相当于电能接收线圈,这样就可以实现电能从发射线圈到接收线圈的无线传输。

虽然电磁感应原理在电力系统中应用的初衷并不侧重于电能的传输,而是利用能量的转化改变电压、电流的数量级,但其对无线输电确实产生了一定的启发作用——尤其是电能的小功率、短距离传送。

目前使用电磁感应传递电能的主要有电动牙刷,以及手机、相机、MP3等小型便携式电子设备,由充电底座对其进行无线充电。电能发射线圈安装在充电底座内,接收线圈则安装在电子设备中。这种原理的无线输电方式市场上已经存在。

2谐振式无线输电

这种无线输电方式与无线通信原理类似,其发送端谐振回路的电磁波全方位开放式弥漫于整个空间,在接收端回路谐振在该特定的频率上,从而实现能量的传递。这种输电方式在接收端输出功率比较小时可以得到较高的传输效率。但其存在电磁辐射,传输功率越大,距离越远,效率越低,辐射就越严重。因此这种方式也是只适用于小功率、短距离的场合。
3磁耦合共振原理

这种方式需要发射和接收两个共振系统,可分别由感应线圈制成。通过调整发射频率使发射端以某一频率振动,其产生的不是弥漫于各处的普通电磁波,而是一种非辐射磁场,即把电能转换成磁场,在两个线圈间形成一种能量通道。接收端的固有频率与发射端频率相同,因而发生了共振。随着每一次共振,接收端感应器中会有更多的电压产生。经过产生多次共振,感应器表面就会集聚足够的能量,这样接收端在此非辐射磁场中接收能量,从而完成了磁能到电能的转换,实现了电能的无线传输。未被接收的能量被发射端重新吸收。这种非辐射电磁场的范围比较有限,不适用于长距离,要求发射端与接收端在感应线圈半径的8倍的距离之内。

2007年,以美国麻省理工学院物理学家Marin Soljacic为首的研究小组利用此原理,以两个直径1500px的铜线感应线圈作为共振器,一个与电源相连,作为发射器,另一个与台灯相连,作为接收器。他们成功把一盏距发射器2.13m开外的60瓦灯泡点亮。从而在实验上说明了此原理的可行性。

4微波无线输电

前几种无线输电方式适用的距离、传输的功率都比较小,要想实现长距离、大功率的电能无线传输,则可采用微波或激光的传输方式。由于微波或激光的波长比较短,故其定向性好,弥散小,可用于实现电能的远程传输。这种传输系统由电源、电磁波发生器、发射天线、接收天线、高频电磁波整流器、变电设备和有线电网组成,其大致流程如下。

电源→电磁波发生器→发射天线→接收天线→整流器→变电→电网

之前小编也说过无线输电的应用前景,如果无线输电得以实现(最可能的是在小功率短距离情况下),那么在房间里的各种电气设备便可接收无线电能。杂乱如麻的电线和插板将不复存在,而且一次性电池的使用量也会大为减少,对节约资源和保护环境都非常有利。各大公共场所都会安装无线充电设备,就不会出现没带充电器而不知所措的问题。电车也不必到充电站进行充电,而且也会减少因蓄电池没电而停止运行的情况。病人不需要做手术就可以给体内的电子设备充电。

本文选编自张宇、石新春、李琦的无线输电基本原理及应用研究,科技资讯 , 2012年18期。

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