無(wú)線電能傳輸范文

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關(guān)鍵詞 無(wú)線電能 傳輸 形式 當(dāng)前面臨問(wèn)題

中圖分類(lèi)號(hào)：TM724 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1無(wú)線電能傳輸?shù)亩x

無(wú)線電能傳輸又稱(chēng)無(wú)接觸電能傳輸是一種傳輸電能的新技術(shù)，它將電能通過(guò)電磁耦合、射頻微波、激光等載體進(jìn)行傳輸。這種技術(shù)解決了電力自身的兩大缺點(diǎn)：不易儲(chǔ)存和不易傳輸，同時(shí)也解除了對(duì)于導(dǎo)線的依賴(lài)，從而得到更加方便和廣闊的應(yīng)用。

2無(wú)線電能傳輸發(fā)展歷史

19世紀(jì)末被譽(yù)為“迎來(lái)電力時(shí)代的天才”的特斯拉在電氣與無(wú)線電技術(shù)方面做出了突出貢獻(xiàn)。1881年發(fā)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)原理，并用于制造感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，次年進(jìn)行試制且運(yùn)轉(zhuǎn)成功。1888年發(fā)明多相交流傳輸及配電系統(tǒng)；1889-1990年制成赫茲振蕩器。1891年發(fā)明高頻變壓器（特斯拉線圈），現(xiàn)仍廣泛用于無(wú)線電、電視機(jī)及其他電子設(shè)備，他曾致力于研究無(wú)線傳輸信號(hào)及能量的可能性，并在1899年演示了不用導(dǎo)線采用高頻電流的電動(dòng)機(jī)，但由于效率低和對(duì)安全方面的擔(dān)憂，無(wú)線電力傳輸?shù)募夹g(shù)無(wú)突破性進(jìn)展。

2001年5月，國(guó)際無(wú)線電力傳輸技術(shù)會(huì)議在法屬留尼汪島召開(kāi)期間，法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心的皮格努萊特，利用微波無(wú)線傳輸電能點(diǎn)亮40m外一個(gè)200W的燈泡。其后，2003年在島上建造的10kW試驗(yàn)型微波輸電裝置，已開(kāi)始以2.45GHz頻率向接近1km的格朗巴桑村進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線供電。

2007年6月麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在短距離內(nèi)的無(wú)線電力傳輸，他們通過(guò)電磁感應(yīng)利用磁耦合共振原理成功地點(diǎn)亮了離電源2m多遠(yuǎn)處的一個(gè)60w燈泡。

2008年9月，北美電力研討會(huì)最新的論文顯示，他們已經(jīng)在美國(guó)內(nèi)華達(dá)州的雷電實(shí)驗(yàn)室成功的將800W電力用無(wú)線的方式傳輸?shù)?m遠(yuǎn)的距離。

3無(wú)線電能傳輸方式

3.1電磁感應(yīng)式

電磁感應(yīng)式又稱(chēng)為非接觸感應(yīng)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(guò)磁場(chǎng)耦合感應(yīng)相聯(lián)系。根據(jù)無(wú)接觸變壓器初、次級(jí)之間所處的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，新型無(wú)接觸電能傳輸系統(tǒng)可分為：分離式、移動(dòng)式和旋轉(zhuǎn)式，分別給相對(duì)于初級(jí)繞組保持靜止、移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的電氣設(shè)備供電。

電磁感應(yīng)式的特點(diǎn)是：（1）較大氣隙存在，使得原副邊無(wú)電接觸，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)接觸式電能的固有缺陷；（2）較大氣隙的存在使得系統(tǒng)構(gòu)成的耦合關(guān)系屬于松耦合，使得漏磁與激磁想當(dāng)，甚至比激磁高；（3）傳輸距離較短，實(shí)際上多在毫米級(jí)。

3.2電磁共振式

電磁共振式又稱(chēng)WiTricityj技術(shù)是由麻省理工學(xué)院物理系、電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)系，以及軍事奈米技術(shù)研究所的研究人員提出的。系統(tǒng)采用兩個(gè)相同頻率的諧振物體產(chǎn)生很強(qiáng)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(shí)現(xiàn)能量的無(wú)線傳輸。

電磁共振式的特點(diǎn)：（1）利用磁場(chǎng)通過(guò)近場(chǎng)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(jì)天線尺寸關(guān)系密切。

3.3微波式

先通過(guò)磁控管將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒉苄问?，再由發(fā)射天線將微波束送出，接收天線接收后由整流設(shè)備將微波能量抓換為電能。

微波式特點(diǎn)：（1）傳輸距離遠(yuǎn)，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(zhǎng)介于無(wú)線電波和紅外線輻射的電磁波，容易對(duì)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(wú)線電能傳輸需要解決的問(wèn)題

4.1電磁輻射安全問(wèn)題

對(duì)人身安全和周?chē)h(huán)境的影響需要解決。由于無(wú)線能量的傳輸既不像傳統(tǒng)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(wú)線通訊那樣傳送微小的功率。高能量的能量密度勢(shì)必會(huì)對(duì)人身安全及健康帶來(lái)影響。對(duì)激光則在功率密度小于2.5mW/cm2才能保證對(duì)人體無(wú)傷害。所以采用無(wú)線輸電時(shí)要考慮避免對(duì)人身的傷害。

4.2電磁兼容性

無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)在工作時(shí)周?chē)臻g會(huì)存在高頻電磁場(chǎng)，這就要求系統(tǒng)本身具有較高的電磁兼容指標(biāo)。系統(tǒng)要發(fā)生電磁兼容性問(wèn)題，必須存在三個(gè)因素，即電磁騷擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備。所以，在遇到電磁兼容問(wèn)題時(shí)，要從這三個(gè)因素入手，對(duì)癥下藥，消除其中某一個(gè)因素，就能解決電磁兼容問(wèn)題。因此采取有效的抗干擾措施、屏蔽技術(shù)、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(tǒng)整體性能有待提高

目前無(wú)線能量傳輸技術(shù)整體上傳輸?shù)男什桓?，主要原因是能量的控制比較困難，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)能量點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳送在傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)散射等損耗一部分能量，能量轉(zhuǎn)換器的效率不高也是影響整個(gè)系統(tǒng)效率的關(guān)鍵因素。當(dāng)然隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳輸?shù)男室矔?huì)逐漸提高。

4.4傳輸距離、效率、功率、裝置體積之間的關(guān)系

對(duì)于無(wú)線能量傳輸技術(shù)中幾個(gè)關(guān)鍵性的指標(biāo)：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(wú)線輸電技術(shù)重點(diǎn)研究的方向之一，也是小功率設(shè)備實(shí)現(xiàn)無(wú)線輸電的前提。

參考文獻(xiàn)

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（合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，安徽合肥230009）

摘要：磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)作為一種新興無(wú)線能量傳輸技術(shù)，具有傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸功率大、傳輸效率高、無(wú)輻射性和穿透性等優(yōu)點(diǎn)。基于等效電路模型建立了磁耦合諧振式無(wú)線輸電串串式拓?fù)淠Ｐ?，給出了輸出功率、傳輸效率的計(jì)算方法，搭建了磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)，分析了線圈距離、工作頻率、負(fù)載電阻以及系統(tǒng)諧振對(duì)輸出功率、傳輸效率的作用規(guī)律，為磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 ：無(wú)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(lèi)號(hào)：TN751.1+2?34；TM724 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004?373X（2015）17?0127?06

0 引言

自從第二次工業(yè)革命以來(lái)，人類(lèi)社會(huì)便進(jìn)入了電氣化時(shí)代。大至遍布全球各地的電網(wǎng)、高壓線，小到各種家用電氣設(shè)備，電能的傳輸主要通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接接觸傳輸。這種傳統(tǒng)的接觸式電能傳輸由于存在諸如產(chǎn)生接觸火花，影響供電的安全性和可靠性，同時(shí)傳統(tǒng)的電能傳輸供電產(chǎn)生大量的廢舊電池，對(duì)環(huán)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(lái)國(guó)內(nèi)外的科學(xué)家開(kāi)展了很多探索研究工作，但進(jìn)展緩慢。2007年，美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）基于磁耦合諧振原理在2 m 的距離內(nèi)將一個(gè)60 W 的燈泡點(diǎn)亮，傳輸效率[2]達(dá)40%。隨后，磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。

無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)在于系統(tǒng)的傳輸距離、傳輸功率、效率等。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸?shù)难芯窟€處于理論研究和初步實(shí)驗(yàn)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(duì)提高傳輸距離的效果及其理論分析[4]；李陽(yáng)等研究了發(fā)射、接收線圈的匝數(shù)及線圈半徑的大小對(duì)傳輸效率和傳輸距離的影響[5]；朱春波等通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)研究了不同的工作頻率和傳輸距離、傳輸效率的關(guān)系[6]。這些研究成果的應(yīng)用較大地提高了無(wú)線傳輸?shù)木嚯x及效率，但目前還沒(méi)有針對(duì)每一個(gè)特定負(fù)載系統(tǒng)，分析如何選擇各個(gè)影響因素，保證無(wú)線傳輸系統(tǒng)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(wú)線電能傳輸串串式拓?fù)淠Ｐ?，給出輸出功率、傳輸效率的計(jì)算方法，搭建磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，分析線圈距離、工作頻率、負(fù)載電阻以及系統(tǒng)諧振對(duì)輸出功率、傳輸效率的作用規(guī)律。針對(duì)每一個(gè)特定負(fù)載的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，選擇合適的傳輸特性因素，保證系統(tǒng)有較好的輸出功率、傳輸效率。這些為提高無(wú)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(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的產(chǎn)品應(yīng)用提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。

1 無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)模型

1.1 無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)工作原理

典型的磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)原理如圖1所示，直流電源經(jīng)過(guò)交流逆變后由發(fā)射線圈進(jìn)行電磁變換，接收線圈感應(yīng)到此磁場(chǎng)能量后進(jìn)行磁電變換，變換后的電能經(jīng)過(guò)整流濾波穩(wěn)壓供一般直流負(fù)載使用。

實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值與仿真標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生一定的趨膚效應(yīng)，從而減小導(dǎo)線有效面積，增加等效電阻，影響能量傳輸。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）本文從等效電路模型角度出發(fā)，建立磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸串串式拓?fù)淠Ｐ停o出輸出功率、傳輸效率的計(jì)算方法，系統(tǒng)分析了輸出功率、傳輸效率與線圈距離、工作頻率、負(fù)載電阻以及系統(tǒng)諧振之間的關(guān)系；

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無(wú)線能量傳輸，即用電設(shè)備以非接觸方式從固定電網(wǎng)獲取電能的技術(shù)，一直是近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)方面研究的熱點(diǎn)。一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)不斷有國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)此進(jìn)行研究。一些小型的無(wú)線能量傳輸設(shè)備已經(jīng)被制造出來(lái)，但在規(guī)模和能量傳輸方面的效率卻很低。本文通過(guò)分析現(xiàn)有的無(wú)線能量傳輸技術(shù)和國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的現(xiàn)狀，提出一些在無(wú)線能量方面的想法，以提高無(wú)線能量傳輸?shù)男省?/p>

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 無(wú)線能量 傳輸 電磁波

1 研究背景分析

無(wú)線能量傳輸是指能量從能量源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)绞茈姽?jié)點(diǎn)的過(guò)程。在傳統(tǒng)能量傳輸中我們使用有線方式來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的傳輸，有線能量傳輸有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如，可以保證能量傳輸?shù)男剩梢匀藶榈乜刂颇芰總鬏數(shù)姆较颉５c此同時(shí)，有線能量傳輸也帶來(lái)了很多的問(wèn)題，如在布線過(guò)程中資源的損耗，布線時(shí)人力消耗，特別是在山區(qū)或者交通不便的區(qū)域，設(shè)置電線帶來(lái)的巨大的人力消耗，同時(shí)也為施工人員帶來(lái)了巨大的安全隱患。因此，無(wú)線能量傳輸越來(lái)越受到人們的青睞也成為了近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。相比于有線傳輸，無(wú)線能量傳輸可以明顯降低資源和人力的消耗，同時(shí)在農(nóng)業(yè)、通信、軍事等領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用前景。

2 無(wú)線能量傳輸?shù)脑砼c分類(lèi)

物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)主要由能量發(fā)射源節(jié)點(diǎn)，能量受電節(jié)點(diǎn)，能量發(fā)射天線等幾部分組成。與無(wú)線通信系統(tǒng)相似，無(wú)線能量傳輸同樣使用無(wú)線電波作為能量的載體，由能量發(fā)射源節(jié)點(diǎn)經(jīng)由天線發(fā)射出載有能量的無(wú)線電波，再由受電節(jié)點(diǎn)將其接收，這樣就完成了無(wú)線能量傳輸?shù)倪^(guò)程。

無(wú)線能量傳輸大致可以分為三類(lèi)：第一類(lèi)是應(yīng)用電磁感應(yīng)技術(shù)，在傳統(tǒng)變壓器的基礎(chǔ)上的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，變壓器兩側(cè)分離，實(shí)現(xiàn)非接觸的短程電能傳輸；第二類(lèi)是以微波或激光的形式，通過(guò)發(fā)送和接收天線，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程能量傳輸；第三類(lèi)是通過(guò)非輻射電場(chǎng)或磁場(chǎng)耦合的電磁諧振原理，實(shí)現(xiàn)中距離的無(wú)線電能傳輸。

3 國(guó)內(nèi)外無(wú)線能量傳輸?shù)默F(xiàn)狀

在無(wú)線能量傳輸領(lǐng)域率先做出重大突破的是麻省理工學(xué)院的Soljacic助理教授。在2007年，由他領(lǐng)導(dǎo)的研究小組成功地將一盞近距離外的60w燈泡點(diǎn)亮，并且將效率提升到了40%，他的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的無(wú)限能量傳輸方式的可行性，并且將效率提升到了一個(gè)新的高度，由此人們看到了無(wú)線能量傳輸在實(shí)際生活中的可行性。

繼Soljacic領(lǐng)導(dǎo)的研究小組取得突破后，美國(guó)內(nèi)達(dá)華雷電實(shí)驗(yàn)室的G.E.Leyh等在耦合諧振無(wú)線能量傳輸實(shí)驗(yàn)上也取得了矚目的成就，他用兩個(gè)空心變壓器作為無(wú)線能量傳輸?shù)陌l(fā)射與接收端，變壓器與電極連接，成功地將800w的電力用無(wú)線的方式傳輸?shù)?m遠(yuǎn)的距離。

國(guó)內(nèi)在無(wú)線能量傳輸領(lǐng)域也取得了很大的進(jìn)展。其中比較顯著的是華南理工大學(xué)張波教授課題組的研究，他們提出了諧振耦合電能無(wú)線傳輸技術(shù)，即利用兩個(gè)發(fā)生諧振耦合的電路捕捉隨距離衰減的電磁場(chǎng)的技術(shù)。此外中山大學(xué)的朱允中教授也在無(wú)線能量傳輸方面提出了一種新的系統(tǒng)，極大地拓寬了無(wú)線傳輸領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

4 物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)能量無(wú)線傳輸面臨的挑戰(zhàn)

雖然近年來(lái)無(wú)線能量傳輸領(lǐng)域取得了極大地發(fā)展，研究的人員和機(jī)構(gòu)也不斷地增加，各項(xiàng)研究成果也如雨后春筍般地涌現(xiàn)，但結(jié)合近幾年研究的成果，我們不難看出現(xiàn)今無(wú)線能量傳輸領(lǐng)域依舊面臨著很多的挑戰(zhàn)：

4.1 無(wú)線能量傳輸?shù)木嚯x和效率問(wèn)題

無(wú)線能量傳輸可以解決有線能量傳輸?shù)暮芏鄦?wèn)題，極大地減小資源和人力的消耗，降低能量傳輸?shù)某杀荆菂s存在不可避免的效率問(wèn)題。由于無(wú)線能量傳輸以無(wú)線電波為載體，在電磁波的傳遞過(guò)程由于傳播方向的不確定性和電波在傳播過(guò)程中受到的干擾與反射問(wèn)題，極易出現(xiàn)能量的損耗，隨著傳輸距離的增加，能量傳輸?shù)男时厝灰矔?huì)出現(xiàn)急劇的下降。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)分布與效率問(wèn)題

物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備一般較小，且在實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)時(shí)，設(shè)置的節(jié)點(diǎn)較多，不同節(jié)點(diǎn)之間能量的傳輸極易產(chǎn)生電磁波的干擾，影響能量傳輸?shù)男省?/p>

4.3 節(jié)點(diǎn)傳輸容量與效率問(wèn)題

由于受到節(jié)點(diǎn)體積和傳輸容量的限制，在節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)線能量傳輸?shù)倪^(guò)程中其傳輸容量的限制也會(huì)對(duì)傳輸效率產(chǎn)生較大的影響。

4.4 能量傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?/p>

無(wú)線能量傳輸以電磁波為載體進(jìn)行能量的傳遞，與無(wú)線通信系統(tǒng)一樣，在傳播過(guò)程中同樣會(huì)面臨電磁波之間的干擾與電波被截獲的問(wèn)題，可能會(huì)出現(xiàn)電磁波的失真與丟失竊取問(wèn)題，因此在安全性與能量傳輸?shù)目煽啃苑矫嬉矔?huì)帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

5 節(jié)點(diǎn)無(wú)線能量傳輸新的想法

經(jīng)過(guò)之前的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)無(wú)線傳輸技術(shù)，面臨的主要問(wèn)題是在能量傳輸距離與效率方面的挑戰(zhàn)。于是我們提出了一種新的思路供大家參考。

考慮到物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間的無(wú)線能量傳輸主要是在節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行，且能量主要由電磁波為載體來(lái)進(jìn)行傳遞。載有能量的電磁波由源節(jié)點(diǎn)發(fā)射，被受電節(jié)點(diǎn)接收，能量的損耗主要發(fā)生在傳播的過(guò)程，因此我們可以在能量傳輸?shù)倪^(guò)程間布置過(guò)渡節(jié)點(diǎn)，能量由源節(jié)點(diǎn)發(fā)射后傳遞給過(guò)渡節(jié)點(diǎn)，過(guò)渡節(jié)點(diǎn)接收電磁波后以電磁波共振的原理將電波向下一個(gè)過(guò)渡節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳遞，通過(guò)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(yuǎn)，以此達(dá)到降低傳輸過(guò)程中能量損耗的問(wèn)題。

6 總結(jié)

無(wú)線能量傳輸不僅在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域可以產(chǎn)生劃時(shí)代的成就，在其他如醫(yī)療、Adhoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用前景。由于無(wú)線能量傳輸主要是利用電磁波進(jìn)行能量的傳輸，因此可以避免有線能量傳輸和電池供電設(shè)備出現(xiàn)的很多問(wèn)題，現(xiàn)今一些短距離無(wú)線能量傳輸設(shè)備已經(jīng)制造出來(lái)并投入實(shí)驗(yàn)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(wú)線能量傳輸將在更廣闊的領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

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隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，我國(guó)的無(wú)線通信技術(shù)也在不斷創(chuàng)新進(jìn)步。傳輸數(shù)據(jù)的容量越來(lái)越大，速度越來(lái)越快，供電模式由傳統(tǒng)的電線供電發(fā)展為更加方便節(jié)能環(huán)保的太陽(yáng)能供電，在自動(dòng)化生產(chǎn)、監(jiān)控技術(shù)、交通管理等部門(mén)得到了廣泛的應(yīng)用。本文就太陽(yáng)能供電GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

GPRS是從GSM網(wǎng)絡(luò)中發(fā)展出的一種數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，與衛(wèi)星通信服務(wù)相比更加廉價(jià)，同時(shí)也能基本滿足業(yè)務(wù)需要，被廣泛的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)測(cè)控的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和傳輸當(dāng)中。GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是一種非常好的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方式，傳輸速度快、安全性高、成本低、覆蓋面廣，同時(shí)用戶(hù)可以直接使用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，不用自己建設(shè)，也不需要鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)線路，大大節(jié)省了開(kāi)發(fā)費(fèi)用。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括三個(gè)功能模塊：供電模塊、無(wú)線通信和數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)供電方式需要鋪設(shè)供電線路，改用太陽(yáng)能供電后，供電成本得到了有效降低。

1 GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)可應(yīng)用到很多領(lǐng)域，下文我們以某河道的水位監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程監(jiān)控為例，對(duì)GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。

1.1 系統(tǒng)功能分析

河道水位監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)是單個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)量小、監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)目多、實(shí)時(shí)性要求低、監(jiān)測(cè)點(diǎn)較為分散，若是采用基本的人工監(jiān)測(cè)，會(huì)耗費(fèi)大量的人力物力，但工作成果卻是有限的。隨著科技的發(fā)展，我們將網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)引入，采用太陽(yáng)能供電GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將現(xiàn)場(chǎng)采集到的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，有效降低了監(jiān)控成本，并為后期的數(shù)據(jù)分析工作打下了良好的基礎(chǔ)。具體的系統(tǒng)功能要求包括：

太陽(yáng)能供電功能，以太陽(yáng)能電池為主，并配備蓄電池裝置，防止連續(xù)陰天時(shí)太陽(yáng)能電池?zé)o法供電；數(shù)據(jù)采集功能，該系統(tǒng)要在規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，按事先定好的程序處理后存儲(chǔ)在內(nèi)存中，等待傳輸；無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能，采用GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)將采集好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，終端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器要將一周之內(nèi)測(cè)得的數(shù)據(jù)按照時(shí)間保存好；參數(shù)設(shè)置顯示功能，能夠顯示該系統(tǒng)的現(xiàn)時(shí)工作狀態(tài)，并能根據(jù)實(shí)際狀況調(diào)整參數(shù)；自動(dòng)報(bào)警功能，當(dāng)檢測(cè)數(shù)據(jù)超出了警戒范圍或供電電壓不足時(shí)，該系統(tǒng)要能向監(jiān)控中心報(bào)警；終端管理功能，監(jiān)控中心可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備遠(yuǎn)程調(diào)整工作參數(shù)和數(shù)據(jù)采集時(shí)間。

1.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

針對(duì)河道水位監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照功能劃分可以分為：電源供應(yīng)層，太陽(yáng)能供電；采用現(xiàn)場(chǎng)傳感器進(jìn)行采集的數(shù)據(jù)采集層；利用GPRS無(wú)線設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏攲?；利用GPRS構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)通信層；上位機(jī)應(yīng)用層，指的是監(jiān)控中心。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最為重要的部分之一，我們要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)組建系統(tǒng)、設(shè)計(jì)通信協(xié)議和系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集終端的軟硬件。

1.3 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

GPRS網(wǎng)絡(luò)是在已有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上構(gòu)建的，引入了三個(gè)組件，GGSN、SGSN和PCU。這些組件可以幫助用戶(hù)分組發(fā)送接收數(shù)據(jù)，以MS代表移動(dòng)臺(tái)、BSS代表基站子系統(tǒng)、Um代表無(wú)線空中接口、SGSN用于處理數(shù)據(jù)交互、GGSN用于連接GPRS網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)，介紹GPRS網(wǎng)絡(luò)是如何工作的。

首先，MS利用無(wú)線通信連接GPRS蜂窩電話，隨后GPRS蜂窩電話連接GSM基站，將數(shù)據(jù)分組傳送給SGSN，數(shù)據(jù)處理后，若是歸于內(nèi)部網(wǎng)，則傳送回MS，若是需要傳送給外網(wǎng)的，則將數(shù)據(jù)傳送給GGSN。若是數(shù)據(jù)最開(kāi)始就是外部網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)來(lái)的，則由GGSN傳送給SGSN進(jìn)行判斷，是否輸送給相應(yīng)的MS。

2 太陽(yáng)能供電模塊設(shè)計(jì)

2.1 太陽(yáng)能供電模塊的基本組成

太陽(yáng)能電池在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到太陽(yáng)能的特性，非連續(xù)性供應(yīng)能源且強(qiáng)弱程度沒(méi)有規(guī)律，采用將收集到的不穩(wěn)定電能轉(zhuǎn)化為蓄電池儲(chǔ)存電能，再由蓄電池進(jìn)行供電。供電模塊可以分為四個(gè)部分：電池板、充放電控制電路、蓄電池、電源調(diào)理電路。

太陽(yáng)能電池板是GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的能量源，由多個(gè)單元串并聯(lián)而得，能夠?qū)⒉环€(wěn)定太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為不穩(wěn)定電能；

充放電控制電路的功能是將不穩(wěn)定的電能轉(zhuǎn)化儲(chǔ)蓄電能，其運(yùn)行的狀態(tài)控制著整個(gè)太陽(yáng)能供電模塊的狀態(tài)；

蓄電池除了儲(chǔ)存電能以外，還要在陰天沒(méi)有太陽(yáng)的時(shí)候承擔(dān)起供電的任務(wù)，向負(fù)載提供電力，一般采用酸鉛蓄電池；

電源調(diào)理電路的功能是調(diào)節(jié)輸出電壓，為負(fù)載提供穩(wěn)定的輸出電壓。

2.2 太陽(yáng)能電池的輸出特性

太陽(yáng)能電池是非線性的電子元件，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究可知，太陽(yáng)能的輸出會(huì)受到日照強(qiáng)度和溫度的影響。隨著日照強(qiáng)度的增強(qiáng)，輸出短路電流和最大功率也會(huì)顯著上升；隨著溫度的升高，開(kāi)路電壓成下降趨勢(shì)；總體的輸出功率隨著日照強(qiáng)的增強(qiáng)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(jiǎn)單但是利用率較低，且會(huì)析出過(guò)多的氣體；恒壓法充電時(shí)間短而且效率較高，但是充電初期的充電電流有可能會(huì)給電池造成損傷，而且選擇充電電壓時(shí)若是沒(méi)選合適的電壓會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間；二階段法能夠克服以上兩種方法的一定缺點(diǎn)，先采用恒流法直到電壓滿足規(guī)定的電壓值，改為恒壓法，這種方式能夠有效保護(hù)電池，析出氣體較少；三階段法指的是在二階段法之后繼續(xù)進(jìn)行微小電流充電，補(bǔ)充自放電引起的電量損失，又叫浮充。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以河道水位監(jiān)測(cè)為例，對(duì)太陽(yáng)能供電的GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，說(shuō)明該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性很高，適合大范圍推廣。

參考文獻(xiàn)

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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(tuán)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(duì)常規(guī)電力輸送和無(wú)線電力輸送從傳輸原理上進(jìn)行介紹，主要描述了常規(guī)電力輸送架空線路傳輸?shù)木唧w組成結(jié)構(gòu)和無(wú)線輸電因傳輸距離不同而使用的傳輸原理。并從傳輸?shù)撵`活性、安全性和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面比較了兩種電力傳輸各自的優(yōu)缺點(diǎn)，突出了無(wú)線電力傳輸在輸電過(guò)程中具有良好的發(fā)展前景。以無(wú)線輸電的三種原理，分別闡述了今后主要的發(fā)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(guān)鍵詞 ：電力輸送；架空線路；無(wú)線；磁耦合共振

Key words: power transmission；overhead line；wireless；magnetic coupling resonance

中圖分類(lèi)號(hào)：F407.61文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2015）20-0193-03

0引言

電能從被探索、研究，到全面應(yīng)用，在人類(lèi)歷史上不到300年歷史，卻已極大地推動(dòng)了人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步；現(xiàn)今，人們的日常生活以及社會(huì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，工廠的生產(chǎn)作業(yè)都離不開(kāi)電能，它與人類(lèi)息息相關(guān)，是最重要的能源之一。而輸電，即電能的傳輸在該過(guò)程中是極其重要的環(huán)節(jié)，是電力整體系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，它與變電、配電和用電一起構(gòu)成整個(gè)電力系統(tǒng)[1]。通常，人類(lèi)所能支配的電能由發(fā)電廠產(chǎn)生，經(jīng)由負(fù)荷中心調(diào)控，分配到下級(jí)用電單位；這個(gè)過(guò)程中，輸電將相距幾十至數(shù)千千米不等的發(fā)電廠與負(fù)荷中心聯(lián)系起來(lái)，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(huán)境污染程度小等優(yōu)點(diǎn)。

目前，大規(guī)模建設(shè)的電網(wǎng)電力傳輸，因鋪設(shè)方式與結(jié)構(gòu)形式的不同，可簡(jiǎn)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(dǎo)線、絕緣子等構(gòu)成，架設(shè)在地面之上。地下線路主要是使用電纜，鋪設(shè)在地下或水域下。架空線路以其架設(shè)及維修相對(duì)方便，成本也較低優(yōu)勢(shì)相對(duì)于地下線路造價(jià)高、鋪設(shè)難度大、發(fā)現(xiàn)故障及檢修維護(hù)等均不方便的缺點(diǎn)，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(shè)困難的地區(qū)，如城市或其他特殊地區(qū)輸電。架空線路輸電是有線電力傳輸主要作業(yè)方式，大部分電力傳輸都涉及該種形式，一般遠(yuǎn)距離輸電，需要提高電力電壓進(jìn)行輸送，如傳輸距離超過(guò)50km，輸送電壓要求達(dá)到110kV，為高壓輸電，配套的設(shè)備（如變壓器等）設(shè)備要求高，相應(yīng)的使用和維修成大，同時(shí)輸電過(guò)程存在的較大危險(xiǎn)隱患以及維修困難等缺點(diǎn)；容易受到氣象和環(huán)境（如大風(fēng)、雷擊等）的影響而引起故障，電網(wǎng)的形成需要占用大量土地，超高壓或特高壓交流輸電還會(huì)造成電磁干擾等，在如今科技高度發(fā)展，電網(wǎng)覆蓋程度不斷壯大的今天，以出現(xiàn)諸多不便與困擾。

無(wú)線電力傳輸是近十年來(lái)得到極大重視和不斷研究、發(fā)展的電能傳輸手段，該項(xiàng)技術(shù)早在19世紀(jì)中后期就被特斯拉提出，認(rèn)為可以借用地球本身與大氣來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，后來(lái)雖然由于資金等原因未能實(shí)現(xiàn)[2]，但這一理論研究為無(wú)線輸電提供了研究的基石。目前，無(wú)線電力傳輸還不是很成熟，在一些領(lǐng)域，尤其是手機(jī)、家用電器等用電設(shè)備的供電與充電已研發(fā)出相應(yīng)的產(chǎn)品；但是，如常規(guī)的電力輸送（以架空輸電為例），實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的基站與基站的電力傳輸還停留在實(shí)驗(yàn)階段或因傳輸效率等問(wèn)題未能實(shí)現(xiàn)大面積使用推廣。在今后的不斷研究中將突破技術(shù)障礙，實(shí)現(xiàn)無(wú)線輸電電網(wǎng)的改革。目前，最遠(yuǎn)的無(wú)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(zhuǎn)換成微波后輸送，其中的部分電能成功點(diǎn)亮了500m外接收裝置上的LED燈，說(shuō)明無(wú)線傳輸在取代和應(yīng)用是可能的。

1常規(guī)電力傳輸

常規(guī)電力傳輸是現(xiàn)今電力傳輸?shù)闹饕獙?shí)現(xiàn)方式，基于電流在導(dǎo)體中傳導(dǎo)，進(jìn)而傳送電能的基本原理來(lái)完成整個(gè)過(guò)程。其中最主要的架空線路傳輸一般由導(dǎo)線，傳導(dǎo)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(xù)線與絕緣子；桿塔基礎(chǔ)，確保桿塔不會(huì)因?yàn)橥饬蛲话l(fā)事件（如大風(fēng)、地陷等）而上拔、下沉或傾倒；拉線，用來(lái)平衡導(dǎo)線橫向載荷，減少導(dǎo)線之間張力，降低使用成本；接地裝置，通過(guò)基桿塔的接地線或接地體與大地相連，防止雷擊時(shí)線路損壞。針對(duì)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(shè)和維護(hù)成本過(guò)高，不適用遠(yuǎn)距離輸送，使用范圍窄；除卻與桿塔相關(guān)的構(gòu)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(wú)線電力傳輸

無(wú)線電力傳輸根據(jù)輸電距離可分為三類(lèi)，即短程無(wú)線供電、中短程無(wú)線輸電和遠(yuǎn)程（超遠(yuǎn)程）無(wú)線電力傳輸[3-4]。不同的無(wú)線輸電方式所采用的原理存在差異，但其基本構(gòu)成基本由五部分組成，分別為電源（發(fā)電設(shè)備）、整流器、逆變器、線圈（可為變壓器或發(fā)射電波線圈）、負(fù)載（用電設(shè)備）組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1。短程無(wú)線供電是基于電磁感應(yīng)原理運(yùn)作的，最典型的電磁感應(yīng)在輸電中的應(yīng)用是變壓器使用。變壓器由一個(gè)磁芯和二個(gè)線圈（初級(jí)線圈、次級(jí)線圈）組成；當(dāng)初級(jí)線圈兩端加上一個(gè)交變電壓時(shí)，磁芯中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，從而在次級(jí)線圈上感應(yīng)一個(gè)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(shí)現(xiàn)短距離或超短距離電能的傳輸[5]。電磁感應(yīng)突出的特點(diǎn)是帶點(diǎn)端與用電端可為非接觸式連接，其電能發(fā)射端的線圈（連接電源）與接收端的線圈（用電產(chǎn)品），處于兩個(gè)分離的裝置中，電能通過(guò)感應(yīng)線圈傳送，這類(lèi)似一個(gè)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(shè)計(jì)、不能直接接觸的供電設(shè)計(jì)（如人造器官的電池充電）等新型技術(shù)的需求。

中短程無(wú)線電力傳輸是基于電磁共振耦合或電磁波射頻的原理實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)供電與用電設(shè)備之間的距離大于感應(yīng)線圈直徑的8倍時(shí)，此時(shí)穿過(guò)電磁感應(yīng)線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度大幅削弱，使電能傳輸?shù)男式档投鴩?yán)重影響電能的傳輸。而電磁共振耦合可實(shí)現(xiàn)超過(guò)該距離的電能傳輸，具體而言，整個(gè)傳輸系統(tǒng)由兩個(gè)主要的線圈構(gòu)成[6]；一個(gè)線圈與電源相連向外發(fā)射電磁波，為非輻射型磁場(chǎng)，另一個(gè)線圈的固有頻率設(shè)計(jì)為磁場(chǎng)頻率相同，振蕩電流最強(qiáng)，而“接收”電磁波，實(shí)現(xiàn)電—磁—電的轉(zhuǎn)化，即一個(gè)無(wú)線的電能傳輸。借用電磁共振耦合的原理完成的無(wú)線輸電距離已完全覆蓋了常規(guī)工廠或家庭電器設(shè)施用電和手機(jī)等電子設(shè)備充電的需求，使充電和用電變得更加便捷是重要的應(yīng)用方向。

遠(yuǎn)程或超遠(yuǎn)程無(wú)線電力傳輸使用的技術(shù)手段是微波和激光[7]。一般認(rèn)為以無(wú)線電磁波的形式進(jìn)行遠(yuǎn)距離的電力傳輸不太合適，因?yàn)槔碚撜J(rèn)為，電波波長(zhǎng)越長(zhǎng)其定向性越差、彌散性越高。而微波波長(zhǎng)在300MHz~300GHz是介于無(wú)線電波與紅外線之間，兼具無(wú)線電波傳遞方向性好與紅外線衍射（穿透性）的特點(diǎn)，可用于遠(yuǎn)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(yuǎn)距離無(wú)線輸送，但穿透性差且由于激光的高能量性可能帶來(lái)安全隱患。因而，目前兩種方式以其各自的優(yōu)點(diǎn)在遠(yuǎn)程無(wú)線電力輸送中都作為研究的方向。

3優(yōu)缺點(diǎn)比較

3.1 靈活性

靈活性即電力輸送距離可靈活變化，對(duì)于某一需求電路可直接使用或變化輸電距離時(shí)添減材料和設(shè)施可以達(dá)到。對(duì)于有線電力傳輸，是通過(guò)電流在導(dǎo)體內(nèi)傳遞來(lái)傳輸電能的，在不考慮超高電壓輸送情形下，一定范圍內(nèi)改變輸送距離，只需設(shè)置對(duì)應(yīng)的架空線即可；即便改變距離超過(guò)對(duì)應(yīng)電壓可輸送的距離，為了降低輸送過(guò)程中電能的損耗，提高輸送線路電壓及其安全配到設(shè)施、升高線路距地高度就能滿足輸送要求。具體的各級(jí)電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離如表1[8]。

無(wú)線電力傳輸根據(jù)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(yīng)，中距離——電磁共振耦合，長(zhǎng)距離——微波或激光[9]；對(duì)于不同距離的電力輸送和供電需求設(shè)計(jì)的電力傳輸裝置，其工作原理是預(yù)先設(shè)計(jì)并固定使用的，用途和適用范圍（距離）不容易改變，針對(duì)性強(qiáng)，但使用靈活性較差。同時(shí)，由于無(wú)線電力傳輸原理多，使用面更廣，對(duì)于有線輸電不易或不可能完成的傳輸作業(yè)均可實(shí)現(xiàn)，如“免電池”無(wú)線鼠標(biāo)、植入式醫(yī)學(xué)器件充技術(shù)、“無(wú)尾”電視、外太空能量向地面的輸送等均是無(wú)線輸電廣泛應(yīng)用表現(xiàn)形式[10]。

3.2 安全性

常規(guī)電網(wǎng)或家庭、工廠布線都離不開(kāi)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?chē)辖^緣子等絕緣體。但是用電與輸電時(shí)刻發(fā)生在人們的周?chē)?，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(xiǎn)，嚴(yán)重影響使用安全。而無(wú)線電力傳輸?shù)闹饕N均是以電——磁（電磁波或磁場(chǎng)）——電的形式傳遞，讓“電流”通過(guò)空氣或其他介質(zhì)傳播，不會(huì)使使用者或處于介質(zhì)的人員有觸電的感覺(jué)，且無(wú)線電力傳輸技術(shù)不產(chǎn)生輻射，部分已無(wú)線電力傳輸研發(fā)的產(chǎn)品其安全性已經(jīng)通過(guò)FCC、IEEE和CCC等標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)，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(huì)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(huì)因?yàn)椴贾秒娋€而存在任何隱藏的危險(xiǎn)。在確保安全性的前提下，中短程無(wú)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(wèn)題，具備可靠地安全保障[11]。

3.3 經(jīng)濟(jì)性

短程電磁感應(yīng)中的磁場(chǎng)，中程或遠(yuǎn)程的電磁波（微波和激光可視為電磁波）傳播過(guò)程中不需要介質(zhì)，甚至在真空中的速度接近光速。電力傳輸只需鋪設(shè)發(fā)射端和接收端，兩端主要部件均由調(diào)理電路和線圈組成，檢查兩端是否能正常工作即可維護(hù)整個(gè)輸電線路，成本較低。而常規(guī)的有線電力傳輸過(guò)程需要借助介質(zhì)，一般為金屬介質(zhì)，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(zhì)影響。電網(wǎng)中使用較多的為架空線路，其使用的介質(zhì)導(dǎo)線材質(zhì)常使用的有三種材料——銅、鋼和鋁。以傳遞過(guò)程中的電壓、傳輸距離及最大負(fù)載作為使用材質(zhì)選擇條件，使用最多的銅芯鋁絞線，電壓越高，導(dǎo)線截面越大。傳輸線路的鋪設(shè)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(zhǎng)到35kW，線截面積對(duì)應(yīng)的由1mm2增加到6mm2。不僅如此，對(duì)于架空線路而言，配套的配電、桿塔和其他安全設(shè)施也極大提高了成本。電壓提高時(shí)，相應(yīng)的設(shè)備，尤其是與安全與傳遞效率相關(guān)的設(shè)備，成本呈幾何線增漲。架空線大部分鋪設(shè)在野外，而且高壓輸電桿塔較高，對(duì)于維護(hù)和修理的難度很大、成本較高。

4無(wú)線輸電的發(fā)展前景與方向

無(wú)線輸電作為一種新型的技術(shù)還不太成熟，在傳輸效率與功率上還需進(jìn)一步的高[12]。以磁感應(yīng)原理的無(wú)線電力傳輸由于距離的限制，目前只應(yīng)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(shí)別等。中程的“磁耦合共振”是最可能替代目前架空線路的無(wú)線傳輸技術(shù)，其傳輸?shù)木嚯x和效率與兩端線圈大小直接相關(guān)，實(shí)現(xiàn)兩端線圈完美共振，并研發(fā)能提高傳輸距離與傳輸功率的線圈結(jié)構(gòu)，將會(huì)對(duì)無(wú)線電力傳輸有著極大地推廣作用；其次，工廠用電機(jī)械、家用電器、手機(jī)等用電設(shè)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(nèi)，借用“磁耦合共振”代替?zhèn)鬏攲?dǎo)線、簡(jiǎn)化傳輸結(jié)構(gòu)、提高使用安全為當(dāng)前及今后無(wú)線輸電的主要研究路線。隨著科技的發(fā)展，對(duì)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(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，而遠(yuǎn)程的無(wú)線輸電成了必要的基礎(chǔ)，對(duì)微波與激光輸電效率以及輸電環(huán)境適應(yīng)性成為今后的研究方向。

參考文獻(xiàn)：

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[10]魏紅兵，王進(jìn)華，劉銳，等.電力系統(tǒng)中無(wú)線電能傳輸?shù)募夹g(shù)分析[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，31（9）：163-167.

篇6

【關(guān)鍵詞】 諧振耦合 無(wú)線充電 RFID 智能家居

一、引言

所謂無(wú)線充電技術(shù)通常指的是電能的無(wú)線傳輸技術(shù)，通俗的說(shuō)，就是不借助實(shí)物連線實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)線傳達(dá)。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(lái)的危險(xiǎn)性等。關(guān)于無(wú)線充電技術(shù)的研究開(kāi)始較早，早在1900年，尼古拉?特拉斯就開(kāi)始無(wú)線電能傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，關(guān)于無(wú)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(yīng)式、無(wú)線電波式、諧振耦合式，通過(guò)非輻射磁場(chǎng)內(nèi)兩線圈的共振效應(yīng)實(shí)現(xiàn)中距離的無(wú)線供電。

從表1對(duì)比可知， 諧振耦合式無(wú)線充電技術(shù)的非輻射性、高效率等優(yōu)點(diǎn)是其它無(wú)線充電技術(shù)無(wú)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(lián)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(qiáng)磁耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率的無(wú)線電能傳輸。該技術(shù)的出現(xiàn)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的巨大興趣，被公認(rèn)為目前最具發(fā)展前景的一種無(wú)線能量傳輸技術(shù)方案。

但是目前基于諧振耦合式的無(wú)線充電技術(shù)的研究偏向理論化，缺乏對(duì)實(shí)際應(yīng)用有定量指導(dǎo)意義的研究成果，同時(shí)此技術(shù)傳輸功率較小遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(wú)線充電技術(shù)對(duì)充電設(shè)備位置的靈活性以及充電設(shè)備的高效匹配性具有重要的實(shí)用價(jià)值。

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

無(wú)線能量傳輸?shù)臉?gòu)想最早可以追溯到19世紀(jì)80年代，由著名電氣工程師（物理學(xué)家）尼古拉?特斯拉（Nikola Tesla）提出。為證實(shí)這一構(gòu)想，特斯拉建造了巨大的線圈用于實(shí)驗(yàn)使用。由于實(shí)驗(yàn)耗資巨大，最終因財(cái)力不足沒(méi)有得到實(shí)現(xiàn)，隨后也一直被技術(shù)發(fā)展水平所限制。

國(guó)外對(duì)無(wú)線充電技術(shù)的研究開(kāi)展的比較早。1968 年，美國(guó)著名電氣工程師P. E. Glaser在W. C. Brown提出的微波無(wú)線能量傳輸（WPT）概念的基礎(chǔ)上提出了衛(wèi)星太陽(yáng)能電站（SSPS）的概念。隨后美國(guó)，日本和歐洲等國(guó)都試圖把這項(xiàng)技術(shù)作為獲取新能源的手段，但由于該方案在技術(shù)上要求很高，故在實(shí)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(wú)線電波充電的充電裝置，實(shí)現(xiàn)了距離為1米左右的低功率無(wú)線充電。

另一方面，在20世紀(jì)70年代，美國(guó)出現(xiàn)了電磁感應(yīng)能量傳輸原理的無(wú)線電動(dòng)牙刷。這項(xiàng)應(yīng)用的傳輸功率和傳輸距離都不是很理想，但其無(wú)線的特征卻恰好滿足了其特殊條件下的應(yīng)用要求。近年來(lái)，美國(guó)、日本、新西蘭、德國(guó)等國(guó)家相繼在這項(xiàng)技術(shù)上繼續(xù)深入研究，目前已經(jīng)研發(fā)了很多實(shí)用的產(chǎn)品：美國(guó)通用汽車(chē)公司研制出的 EV1 型電車(chē)；日本大阪幅庫(kù)公司研制出的單軌型車(chē)和無(wú)電瓶自動(dòng)貨車(chē)；2013年10月，瑞典汽車(chē)制造商沃爾沃聲稱(chēng)成功地研制出電磁感應(yīng)式無(wú)線充電汽車(chē)。

國(guó)內(nèi)對(duì)無(wú)線充電技術(shù)的研究相對(duì)較晚。目前在無(wú)線電波和電磁感應(yīng)無(wú)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(xué)電子工程學(xué)系教授許樹(shù)源教授宣布成功研制出“無(wú)線電池充電平臺(tái)”；中科院嚴(yán)陸光院士帶領(lǐng)的研究小組從高速軌道交通的角度對(duì)運(yùn)動(dòng)型應(yīng)用進(jìn)行了性能分析；2007年2月，重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院非接觸電能傳輸技術(shù)研發(fā)課題組突破技術(shù)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)的無(wú)線電能傳輸裝置實(shí)現(xiàn)了600至1000W的電能輸出，傳輸效率達(dá)到 70%。

諧振耦合式方案是2006年由美國(guó)麻省理工學(xué)院物理系助理教授 Marin Soljacic 所帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)提出來(lái)的。并于 2007 年 7 月 6 日在科學(xué)雜志《Science》上發(fā)表成果文獻(xiàn)。團(tuán)隊(duì)利用該方案，成功的點(diǎn)亮了距離為2米外的一個(gè)60 瓦的燈泡，傳輸效率為40%左右。此項(xiàng)稱(chēng)為“Witricity”技術(shù)，該技術(shù)樹(shù)立了無(wú)線充電技術(shù)發(fā)展史的里程碑。一年后，Marin Soljacic團(tuán)隊(duì)聲稱(chēng)已將傳輸效率提高至90%。

由于該技術(shù)極具前景和市場(chǎng)，世界各國(guó)的相關(guān)機(jī)構(gòu)和公司也不約而同的進(jìn)行深入研究。2010 年 1 月，海爾在美國(guó)拉斯維加斯舉行的國(guó)際消費(fèi)電子展（CES）上展出了最新概念產(chǎn)品無(wú)尾電視。一方面，產(chǎn)品運(yùn)用無(wú)線通信技術(shù)傳輸視頻信號(hào)；另一方面，又使用諧振耦合式充電技術(shù)供電，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)線化。

三、發(fā)展疑難點(diǎn)及解決方案

3.1 如何克服干擾源的影響

無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)工作在包含各種用電設(shè)備的電磁環(huán)境中，易受到外界電磁源的干擾。一方面，磁耦合諧振無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)以磁場(chǎng)為能量傳輸介質(zhì)，任何能感應(yīng)到磁場(chǎng)的元件都可能成為負(fù)載，這種情況為無(wú)源干擾源，稱(chēng)為負(fù)載類(lèi)干擾，干擾源稱(chēng)為負(fù)載類(lèi)干擾體；另一方面，外磁場(chǎng)也會(huì)影響能量傳輸系統(tǒng)的磁場(chǎng)，這種情況為有源干擾，其干擾源為干擾場(chǎng)源。這些干擾都會(huì)降低系統(tǒng)的傳輸效率。根據(jù)無(wú)線輸電原理，本文提出以下兩個(gè)解決方案：（1）選擇隔磁的充電空間。為了避免干擾源對(duì)能量傳輸系統(tǒng)的影響，可以把能力傳輸系統(tǒng)與干擾源隔離，故可以利用電磁屏蔽技術(shù)，使系統(tǒng)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(lái)隔離電磁場(chǎng)的耦合，所以可以制作屏蔽體，來(lái)保護(hù)系統(tǒng)免受外界電磁波干擾。如屏蔽導(dǎo)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(dǎo)電的作用，從而屏蔽電磁波干擾。（2）控制能量傳輸系統(tǒng)的諧振頻率。由磁耦合諧振式無(wú)線能量傳輸機(jī)理的研究知，能量傳輸系統(tǒng)對(duì)干擾源的頻率十分敏感。在實(shí)際應(yīng)用中，0.5～25MHz 尚屬于空白應(yīng)用頻率段，因此可以在設(shè)計(jì)能量傳輸系統(tǒng)的時(shí)候，使系統(tǒng)的諧振頻率滿足電磁耦合的同時(shí)盡量處于0.5～25MHz之間，這樣有可能降低實(shí)際應(yīng)用中的電子設(shè)備對(duì)無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)的影響。

3.2 如何提高傳輸距離

美國(guó)麻省理工學(xué)院物理系助理教授 Marin Soljacic 所帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)成功地點(diǎn)亮了距離為 2 米外的一個(gè) 60 瓦的燈泡。但目前這種技術(shù)的最遠(yuǎn)充電距離只能達(dá)到2.7m，傳輸距離較近嚴(yán)重限制了它的應(yīng)用。由于傳輸距離的遠(yuǎn)近與能量傳輸系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，現(xiàn)提出如下解決思路：改變電路參數(shù)角度來(lái)提高傳輸距離。研究表明，傳輸距離受到頻率、線圈參數(shù)等的影響。線圈的諧振頻率越高，傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)；線圈的線徑越大，傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)；線圈的直徑越大，傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)；線圈的匝數(shù)越多，近距離傳輸效果強(qiáng)于遠(yuǎn)距離傳輸效果。因而可以綜合頻率、線圈參數(shù)等因素，選定合適的電路器件，使系統(tǒng)傳輸距離較遠(yuǎn)。

3.3 是否存在有害電磁輻射

磁耦合諧振式無(wú)線充電技術(shù)的原理告訴我們，由于電感線圈的存在，必然會(huì)產(chǎn)生磁力線輻射，那么這樣的磁場(chǎng)會(huì)不會(huì)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(wú)線充電器基本上將交流電整流后轉(zhuǎn)換為直流電，且功率極小，業(yè)內(nèi)人士也一直在強(qiáng)調(diào)理論上對(duì)人的健康不構(gòu)成威脅。但是輻射的問(wèn)題，現(xiàn)在也只是停留在理論分析上，到底會(huì)不會(huì)，依舊是需要更進(jìn)一步的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，只能讓時(shí)間來(lái)證明。

四、發(fā)展前景及創(chuàng)新

4.1 RFID與無(wú)線充電技術(shù)的融合

射頻識(shí)別技術(shù)是利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式信息傳遞并通過(guò)所傳遞信息達(dá)到自動(dòng)識(shí)別自標(biāo)的一種技術(shù)，將RFID技術(shù)與無(wú)線充電技術(shù)相結(jié)合，對(duì)每個(gè)無(wú)線充電設(shè)備嵌入RFID電子標(biāo)簽，讀寫(xiě)器通過(guò)射頻信號(hào)同電子標(biāo)簽進(jìn)行通信，保證被充電設(shè)備與充電系統(tǒng)的完全分離，實(shí)現(xiàn)能量的高效率無(wú)線傳輸。

4.2 智能家居與無(wú)線充電技術(shù)融合

智能家居是物聯(lián)化的一個(gè)體現(xiàn)，最終發(fā)展方向之一是終端無(wú)線化。應(yīng)用無(wú)線充電技術(shù)，可以使各家電系統(tǒng)自動(dòng)獲取電能，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能家居的自動(dòng)控制化。但在無(wú)線輸電過(guò)程中產(chǎn)生的磁場(chǎng)是否會(huì)影響到各級(jí)系統(tǒng)裝置的正常工作有待進(jìn)一步考證。如果相互影響問(wèn)題得到有效的解決，無(wú)線充電設(shè)備與常規(guī)家電設(shè)備能有效共存，則是智能家居與無(wú)線充電兩大領(lǐng)域的完美結(jié)合，勢(shì)必進(jìn)一步改變?nèi)祟?lèi)生活。

4.3 電動(dòng)汽車(chē)與無(wú)線充電技術(shù)融合

無(wú)線充電技術(shù)對(duì)手機(jī)等小型電子產(chǎn)品而言，是個(gè)錦上添花的新功能，對(duì)電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)而言，則可能是啟動(dòng)整個(gè)市場(chǎng)的關(guān)鍵。對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行無(wú)線充電，沒(méi)有外露的連接器，可以徹底避免漏電、跑電等安全隱患。同時(shí)采用電磁共振式無(wú)線充電技術(shù)，可以將電源和變壓器等設(shè)備隱蔽在地下，讓汽車(chē)在停車(chē)處或街邊特殊的充電點(diǎn)充電。若能將無(wú)線充電技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)，將是電動(dòng)車(chē)行業(yè)的一大改革。

五、結(jié)束語(yǔ)

諧振耦合式無(wú)線充電技術(shù)是目前最被看好的無(wú)線充電技術(shù)之一，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看具有廣泛發(fā)展空間及應(yīng)用前景。但是每一種無(wú)線輸電方式都有一系列的關(guān)鍵問(wèn)題需要解決，如何實(shí)現(xiàn)電磁共振式無(wú)線充電技術(shù)應(yīng)用的大型化、高效化與距離化，是各國(guó)科學(xué)家探索研究的重點(diǎn)。隨著技術(shù)水平的提升，無(wú)線充電技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用逐漸成熟，技術(shù)普及逐步實(shí)現(xiàn)，在未來(lái)的各種場(chǎng)合，無(wú)線充電技術(shù)無(wú)疑將扮演重要角色，服務(wù)全人類(lèi)。

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篇7

【關(guān)鍵詞】微網(wǎng)；電動(dòng)汽車(chē)；無(wú)線充電系統(tǒng)

電動(dòng)汽車(chē)是新時(shí)期的一種低碳出行模式，符合現(xiàn)階段環(huán)境污染嚴(yán)重的特點(diǎn)。電動(dòng)汽車(chē)無(wú)法及時(shí)充電是導(dǎo)致這一技術(shù)停滯不前的重要原因。這使得電動(dòng)汽車(chē)的出現(xiàn)成為一種必然。

1 電動(dòng)汽車(chē)充電模式簡(jiǎn)介

目前，多數(shù)充電汽車(chē)可實(shí)現(xiàn)的充電方式就是利用充電樁或充電站與電網(wǎng)的連接，但是充電過(guò)程中易產(chǎn)生火花。甚至是磨損，很難維護(hù)，并且不能做到及時(shí)充電。而本文所提出的無(wú)線充電技術(shù)是一種以電感應(yīng)和磁感應(yīng)為主的一種感應(yīng)方式。具有效率高、無(wú)輻射性，因此應(yīng)用廣泛。規(guī)模巨大的電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)后會(huì)產(chǎn)生一定的安全問(wèn)題，并且我國(guó)能源的應(yīng)用而言，電動(dòng)車(chē)充電過(guò)程中的碳排放量并不低于傳統(tǒng)的燃油排放，以此對(duì)于該系統(tǒng)的污染控制也是十分必要的。目前技術(shù)上，尚不能對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的污染進(jìn)行全面控制。微網(wǎng)改變了大電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)模式，采用獨(dú)立的系統(tǒng)和分布式電源，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)區(qū)域的單獨(dú)供電，減少了浪費(fèi)，提高了供電效率。微網(wǎng)與傳統(tǒng)的網(wǎng)口可以實(shí)現(xiàn)連接，從而吸收更多的電能。采用這種供電方式，降低了大規(guī)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(duì)于現(xiàn)代環(huán)境的特點(diǎn)而言，采用無(wú)線充電技術(shù)是一種必然。目前常用的無(wú)線充電技術(shù)如“多端口充電”直流微網(wǎng)技術(shù)，該技術(shù)可用于混合動(dòng)轎車(chē)。但是，單獨(dú)使用微網(wǎng)，具有一定的沖擊，因此常將微網(wǎng)與無(wú)線充電技術(shù)結(jié)合使用。文章通過(guò)具體的仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)這一系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，以便于提高其在電動(dòng)汽車(chē)使用中的作用。

2 采用微網(wǎng)的電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)

電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)以微網(wǎng)為核心技術(shù)，系統(tǒng)主要是由微網(wǎng)系統(tǒng)、無(wú)線傳輸線系統(tǒng)和充電系統(tǒng)組成。三個(gè)部分缺一不可，其具體的應(yīng)用流程和應(yīng)用效果如下。

2.1 微網(wǎng)系統(tǒng)

微網(wǎng)系統(tǒng)以干凈清潔、使用方便的的光伏和蓄電池組合，溫度變化對(duì)其無(wú)影響。光伏系統(tǒng)直接連接于直流母線，蓄電池則以雙向DC-DC的方式并聯(lián)在直流母線上，通過(guò)光伏的最大功率跟蹤監(jiān)督充放電過(guò)程。在本次設(shè)計(jì)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(xié)同工作基礎(chǔ)上完成。夜間充電則相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要蓄電池就可以完成。

2.2 無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)

在本次設(shè)計(jì)中，還采用了電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線傳輸?shù)刃щ娐?，即SS型電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的頻率較為穩(wěn)定，影響因素少。收發(fā)線圈則是整個(gè)無(wú)線充電系統(tǒng)的核心，其設(shè)計(jì)效果決定無(wú)線電能傳輸是否成功。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)以固有的諧振頻率為標(biāo)準(zhǔn)，且保證較高的Q值。同時(shí)，必須正確設(shè)計(jì)線圈尺寸，選擇合理的材質(zhì)，在參數(shù)的選擇上，具有一定的順序性，優(yōu)化過(guò)程要貫穿始終。目前常使用的是多股細(xì)銅線，可降低能源損耗。

2.3 電動(dòng)汽車(chē)電池充電系統(tǒng)

將電池和無(wú)線接收線圈同時(shí)置于電動(dòng)汽車(chē)上，通過(guò)AC-DC來(lái)接收產(chǎn)生的高頻電壓和電流，直流電為主，利用DC-DC控制器依據(jù)車(chē)載電池的需要來(lái)保證恒壓或者電流恒定的充電過(guò)程。其具體的充電策略為：隨著車(chē)載電池電能的逐漸增多，充電狀態(tài)會(huì)不斷的發(fā)生變化，當(dāng)端口電池電壓上升時(shí)，車(chē)載電池已經(jīng)接近與飽和狀態(tài)，車(chē)載電池電壓達(dá)到其最大電壓且充電電流小于其最小電流時(shí)，蓄電池充電已滿，立即停止充電。

3 仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

要驗(yàn)證該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理，我們對(duì)其進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并將結(jié)果分析如下。在本次實(shí)驗(yàn)中，光伏輸出選擇直流電輸出，這一過(guò)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(chǎn)生的諧波。與傳統(tǒng)的大電網(wǎng)技術(shù)相比，該系統(tǒng)的成本更低，預(yù)計(jì)未來(lái)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(shè)計(jì)中，還設(shè)計(jì)了經(jīng)高頻逆變之后的電壓、電流。無(wú)線供電部分是為能量傳輸?shù)暮诵牟糠?，因此?duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行具有不可忽視的作用，在整個(gè)的系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的作用。另外，諧振式無(wú)線電能則能夠高正傳輸效率的提高，尤其是可以對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化。電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)載電池通常以日系leaf為模型，在電動(dòng)汽車(chē)無(wú)法接收信號(hào)時(shí)，必須通過(guò)100kHZ的高頻電壓經(jīng)模塊進(jìn)行整合。再利用DC-DC器來(lái)保證其充電過(guò)程。仿真結(jié)果可以說(shuō)明該系統(tǒng)實(shí)施的可行性，但是要通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。筆者根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，提出可這一實(shí)驗(yàn)過(guò)程，通過(guò)部分實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論。當(dāng)發(fā)射端與接收端間距為30cm左右時(shí)，無(wú)線電能進(jìn)行傳輸，為通過(guò)通道間具有隔離措施的TPS2014示波器測(cè)量到的發(fā)射端與接收端的電壓曲線。測(cè)量結(jié)果顯示出后者落后前者π/2個(gè)電角度，在整個(gè)過(guò)程中，理論與結(jié)果均保持一致，使電動(dòng)汽車(chē)能夠成為未來(lái)的主要交通工具。

4 總結(jié)

電動(dòng)汽車(chē)的出現(xiàn)和使用將成為一種必然，但是在這一過(guò)程中，充電問(wèn)題是其始終難以解決的問(wèn)題，在以往多年的研究中，提倡使用大電網(wǎng)充電，但是這種充電容易造成浪費(fèi)，并存在一定的安全隱患。而隨著技術(shù)的發(fā)展，以及微網(wǎng)的無(wú)線充電系統(tǒng)開(kāi)始出現(xiàn)在電動(dòng)汽車(chē)中，本文第這一技術(shù)進(jìn)行了具體的分析，將其核心技術(shù)進(jìn)行了闡述。電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系的方針將推進(jìn)這一實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，將成為未來(lái)使用的重點(diǎn)。從我國(guó)的現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展來(lái)看，將汽車(chē)的無(wú)線充電系統(tǒng)廣泛使用將成為一種必然，具有廣闊的應(yīng)用前景。

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊慶新，陳海燕，徐桂芝，等.無(wú)接觸電能傳輸技術(shù)的研究進(jìn)展[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2010，25（7）.

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關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 電能計(jì)量信息采集 通訊技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM746 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2012）012-087-02

通訊技術(shù)在先進(jìn)的現(xiàn)代化技術(shù)與理論等方面的支持下，已取得較快的發(fā)展與進(jìn)步，通訊技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在發(fā)展中越來(lái)越鮮明，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的生產(chǎn)中，在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中也得到將大規(guī)模的應(yīng)用，尤其是在電能信息采集方面發(fā)揮了重要作用，有效提高了電能計(jì)量信息采集的準(zhǔn)確性與信息數(shù)據(jù)的精度，為電力系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供很多便利，對(duì)于實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量系統(tǒng)的高效節(jié)能有著至關(guān)重要的意義，并在保障電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量方面發(fā)揮著也將長(zhǎng)期發(fā)揮重要作用。

1電能計(jì)量信息采集通訊技術(shù)

電力系統(tǒng)電能計(jì)量信息采集的通信組網(wǎng)分為兩部分，即本地通信與遠(yuǎn)程通信。

1.1本地通信

客戶(hù)電能計(jì)量裝置與系統(tǒng)采集終端間的數(shù)據(jù)通信即為本地通信，本地通信因電能計(jì)量信息采集應(yīng)用的不同而存在較大差異，例如：可通過(guò)RS-485總線通信方式，簡(jiǎn)單而方便地進(jìn)行對(duì)公用或?qū)Ｓ米儔浩鞯碾娔苡?jì)量信息采集，而通過(guò)本地通信采集居民電能信息卻較復(fù)雜，需要多種通信方式集合起來(lái)進(jìn)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(wú)線通信方式等，其中RS-485總線通信方式的通信質(zhì)量主要取決于RS-485芯片質(zhì)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(dá)到200mV，同時(shí)驅(qū)動(dòng)器可輸出共模電壓為正負(fù)7V，若配置120歐終端電阻時(shí)有32節(jié)點(diǎn)數(shù)，則驅(qū)動(dòng)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(lèi)，及窄寬和寬帶。而微功率無(wú)線通信方式也被稱(chēng)之為小無(wú)線通信，是發(fā)射功率不大于20兆瓦且使用頻率433/470兆赫的無(wú)線射頻通信，藍(lán)牙技術(shù)因其設(shè)備簡(jiǎn)單且較強(qiáng)的抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)而在微功率無(wú)線通信方式中應(yīng)用最多，在電廠與供電站的電能信息數(shù)據(jù)采集方面發(fā)揮很大作用。

1.2遠(yuǎn)程通信

系統(tǒng)主站與系統(tǒng)采集終端間的數(shù)據(jù)通信即為遠(yuǎn)程通信，主要包括公網(wǎng)通信與專(zhuān)網(wǎng)通信，其中公網(wǎng)通信是通過(guò)專(zhuān)用線與光纜等通信資源并基于有線電話網(wǎng)、移動(dòng)GPRS、城市寬帶網(wǎng)以及聯(lián)通CDMA網(wǎng)等有線與無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)而組成的通信網(wǎng)，需要在保證安全可靠運(yùn)行并滿足實(shí)時(shí)性要求的基礎(chǔ)上合理選擇通信資源并建立通信鏈路，這也是遠(yuǎn)程通信對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕疽?。?30MHZ無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)是由國(guó)家無(wú)線電委員會(huì)規(guī)定并在早期電力負(fù)荷管理系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，230MHz無(wú)線電通信的通信環(huán)節(jié)少且效率高，直接由終端與主站電臺(tái)通信，且230MHz無(wú)線電通信的為雙工頻點(diǎn)，并可通過(guò)異頻半雙工方式實(shí)現(xiàn)兩個(gè)頻點(diǎn)的收發(fā)，而存在于兩個(gè)頻點(diǎn)之間的保護(hù)頻段對(duì)于發(fā)射機(jī)與接收機(jī)間的干擾防御有很大作用。根據(jù)國(guó)家無(wú)線電委員規(guī)定，230MHZ無(wú)線電通信采用的頻點(diǎn)為220-240MHZ頻段范圍，信號(hào)在這一頻段內(nèi)的傳輸過(guò)程中會(huì)受到諸如地物及地形等多方面的影響，而對(duì)于計(jì)算分析的信號(hào)傳輸特性與實(shí)際結(jié)果存在差異的狀況，則必須通過(guò)建立可靠的230HMZ無(wú)線電通信網(wǎng)來(lái)進(jìn)行信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試以及電波傳播特性的實(shí)地研究。

2光纖通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

根據(jù)電力通信規(guī)劃且以光纖為信道而建立的電力系統(tǒng)的內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)即為光纖通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

2.1光纖通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)

光纖通信網(wǎng)絡(luò)具有較大的容量，而且其體積較小且質(zhì)量較輕，這不僅有效降低了運(yùn)輸難度，也使得施工簡(jiǎn)單便利，同時(shí)光纖通信網(wǎng)絡(luò)衰減極小，還有較良好的防干擾性能，并且因光纖不會(huì)受到電氣化鐵道、強(qiáng)電以及雷電等的干擾，使得光纖通信網(wǎng)絡(luò)也具有極好的抗電磁脈沖能力及保密性，光纖通信網(wǎng)絡(luò)還有成本較低的優(yōu)勢(shì)，有效降低了有色金屬用量。

2.2微功率無(wú)線通信技術(shù)

通信收發(fā)雙方只要在限制范圍內(nèi)的發(fā)送功率并通過(guò)無(wú)線電波進(jìn)行信息的傳輸，就可以稱(chēng)之為微功率無(wú)線通信，也就是說(shuō)，微功率無(wú)線通信技術(shù)有相當(dāng)廣泛的定義范圍。通常情況下，微功率無(wú)線通信技術(shù)是先通過(guò)發(fā)送端進(jìn)行編碼與調(diào)制待發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換與信號(hào)調(diào)理以及發(fā)射，再通過(guò)接收端接收信號(hào)并進(jìn)行濾波及增益調(diào)節(jié)，最后實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換解調(diào)以及解碼輸出并完成整個(gè)通信過(guò)程。所謂微功率，其實(shí)就是與發(fā)射功率較大的無(wú)線通信設(shè)備發(fā)射功率相較而言的，主要包括PHS、CDMA、GSM以及電視信號(hào)塔等，較之于10W以上發(fā)射功率的GSM基站，常見(jiàn)手機(jī)的發(fā)射功率最大為2W，而發(fā)射功率更大的就屬電視信號(hào)塔了，而微功率的無(wú)線通信設(shè)備，其發(fā)射功率主要都低于l00mV，并且還嚴(yán)格限制著其他相關(guān)參數(shù)，包括功率譜密度以及散射功率等。

2.3主流微功率無(wú)線通信技術(shù)

主流微功率無(wú)線通信技術(shù)主要包括ZigBee技術(shù)以及藍(lán)牙技術(shù)：（1）ZigBee技術(shù)（IEEE 802.15.4）。ZigBee是在IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的擴(kuò)展集，而ZigBee技術(shù)是新興的無(wú)線通信技術(shù)，具有自組織、距離短、數(shù)據(jù)速率與復(fù)雜度低、且功耗與成本低等特點(diǎn)，ZigBee技術(shù)是在24GHZ的ISM頻段內(nèi)進(jìn)行工作，其無(wú)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(shù)近似于藍(lán)牙技術(shù)。ZigBee技術(shù)主要適用于不需要連續(xù)更新以及實(shí)時(shí)傳輸?shù)臈l件下，很多時(shí)候是不需用ZigBee技術(shù)的。不過(guò)ZigBee技術(shù)有一個(gè)叫鮮明的特點(diǎn)，即通信能力相當(dāng)強(qiáng)大，主要可以從其通信速度方面得到論證和體現(xiàn)，ZigBee技術(shù)的通信速度可高達(dá)每秒250千比特，其通信效率在75字節(jié)以下的數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度時(shí)甚至比藍(lán)牙技術(shù)還要高。所以說(shuō)，ZigBee技術(shù)對(duì)于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化集抄而言是由相當(dāng)重要的意義的，通過(guò)ZigBee技術(shù)來(lái)集中龐大網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)，只需要較短的時(shí)間就可以實(shí)現(xiàn)，這項(xiàng)能力也是優(yōu)于其他形式的集抄手段的重要優(yōu)勢(shì)。（2）藍(lán)牙技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)也是使用2.4GHZ的ISM頻道的一種支持短距離設(shè)備通信的無(wú)線通信技術(shù)，具有距離短、數(shù)據(jù)傳輸速率高且成本低等特點(diǎn)，利用藍(lán)牙技術(shù)可以主要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言與數(shù)據(jù)的近距離傳輸，通過(guò)藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行有效通信的距離范圍為10-100m。藍(lán)牙設(shè)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(shí)不需要專(zhuān)門(mén)申請(qǐng)，為客戶(hù)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(gè)或79個(gè)IMHZ的時(shí)分雙工方式，大大提高了藍(lán)牙系統(tǒng)的抗干擾能力，讓藍(lán)牙系統(tǒng)在設(shè)備簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)上還具有優(yōu)越的性能。

3結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的支持下不斷發(fā)展與完善的通訊技術(shù)的適用范圍不斷擴(kuò)大，在與人們生活及生產(chǎn)息息相關(guān)的電力產(chǎn)業(yè)中也得到大規(guī)模的應(yīng)用，特別是電能計(jì)量信息采集通訊技術(shù)，更是為電廠以及供電站信息數(shù)據(jù)的采集提供了許多便利，對(duì)提高信息數(shù)據(jù)精度有重要意義，同時(shí)也為保障電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量創(chuàng)造了良好的條件和環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

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【關(guān)鍵詞】無(wú)線輸電 諧振 磁耦合

近年來(lái)，電子技術(shù)快速發(fā)展，無(wú)線充電技術(shù)逐漸成為研究熱點(diǎn)。無(wú)線充電無(wú)需充電接口機(jī)械接觸，提高了充電的便捷性，也提高了充電設(shè)備的使用壽命。目前無(wú)線充電技術(shù)普遍存在的問(wèn)題是充電距離近，傳輸功率低等不足。本課題設(shè)計(jì)了一種無(wú)線輸電裝置， 以音箱為負(fù)載，研究了發(fā)射和接收線圈在不同距離情況下的輸電效率。

1 無(wú)線輸電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1。電網(wǎng)中的工頻電經(jīng)整流濾波得到直流電，將其進(jìn)行高頻逆變得到高頻交流信號(hào)。高頻交變電流送入發(fā)射線圈，在線圈中產(chǎn)生高頻交變的電磁場(chǎng)，通過(guò)電磁感應(yīng)在接收端的接收線圈中產(chǎn)生同頻率的交變電流，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸電能的目的。該交變電流在接收端中產(chǎn)生相同頻率的交變電磁場(chǎng)，通過(guò)調(diào)整線圈，使的兩者振蕩頻率相同，故兩者產(chǎn)生共振作用，使能量的傳遞作用得到加強(qiáng)。最終電能從發(fā)送端通過(guò)電磁耦合方式傳送到無(wú)線供電接收端。

系統(tǒng)分為電能發(fā)射部分，無(wú)線互感部分，電能接收部分三大模塊。無(wú)線互感部分通過(guò)兩個(gè)結(jié)構(gòu)和形狀相同的線圈實(shí)現(xiàn)，為保證能量的最大傳輸，必須調(diào)整兩個(gè)線圈使得線圈盡量對(duì)準(zhǔn)。

1.2 發(fā)射電路設(shè)計(jì)

發(fā)射電路主要包括降壓電路、逆變電路、主控電路、發(fā)射線圈等。系統(tǒng)先通過(guò)降壓電路將220V市電轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪航涣麟?，?jīng)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(duì)整流后的直流電進(jìn)行高頻逆變產(chǎn)生高頻交流信號(hào)，送到發(fā)射線圈。圖2中XKT-408外接電阻和電容用來(lái)調(diào)節(jié)電磁波發(fā)射頻率。

T5336集成芯片與XTK-408配合，實(shí)現(xiàn)發(fā)射控制及管理。在振蕩過(guò)程中由于線圈的內(nèi)阻及能量傳輸過(guò)程中的損耗，會(huì)導(dǎo)致電路中振蕩電流衰減，通過(guò)控制T5336輸出口電壓以補(bǔ)償電路中的損耗電壓。

主控芯片通過(guò)調(diào)整控制發(fā)送端發(fā)送功率的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射端電信號(hào)的監(jiān)測(cè)及控制。

1.3 接收電路設(shè)計(jì)

電磁信號(hào)經(jīng)接收線圈電磁耦合進(jìn)入接收端，接收系統(tǒng)傳輸過(guò)來(lái)的無(wú)線電能。接收端的另一個(gè)功能是進(jìn)行電路的實(shí)時(shí)監(jiān)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(chǎn)生電路以及負(fù)載。接收模塊如圖3所示。

接收端采用T3168無(wú)線接收芯片，接收傳遞來(lái)的高頻能量信號(hào)。外接RC并聯(lián)電路，在電壓輸出端并聯(lián)一個(gè)反饋電阻，構(gòu)成負(fù)反饋電路，以改變接收電路負(fù)載大小，耦合傳遞到發(fā)射端，與T5536共同實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)管理。

2 負(fù)載模塊

本系統(tǒng)選用藍(lán)牙音箱作為負(fù)載來(lái)進(jìn)行輸電效率測(cè)試，負(fù)載大小為2*4Ω/1ω。該負(fù)載進(jìn)行輸電效率測(cè)試較為方便。在調(diào)試時(shí)，可根據(jù)播放音效變化直觀感受無(wú)線輸電效率的變化，便于調(diào)整線圈距離和角度。該模塊主控芯片采用的是CRS公司生產(chǎn)的57F86藍(lán)牙模塊， 配合CSR BLUECORE5 芯片提升模塊的音質(zhì)和兼容性。

有源音箱放大芯片采用的是ST公司生產(chǎn)的TDA2822M集成電路。

3 系統(tǒng)測(cè)試

測(cè)試時(shí)，調(diào)整耦合線圈角度和距離，使負(fù)載音箱播放音樂(lè)效果達(dá)到最佳，然后調(diào)整音箱音量，進(jìn)行功率傳輸測(cè)試。逐漸增大線圈距離，在負(fù)載音箱輸出無(wú)失真的情況下，測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)射及接收功率。

4 結(jié)論

測(cè)試結(jié)果表明，在輸出端負(fù)載為2*4Ω/1ω的情況下，輸電距離可以達(dá)到28cm。發(fā)射端電源功率為21.56w時(shí)，接收端功率可以達(dá)到4.8ω，傳輸效率η=22.2%。

無(wú)線輸電系統(tǒng)的能量傳輸效率隨傳輸距離的增加而減小，只有在發(fā)送功率和接收功率達(dá)到平衡時(shí)，無(wú)線能量傳輸達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)表明，負(fù)載電路對(duì)系統(tǒng)也會(huì)起到一定影響。在今后的設(shè)計(jì)中，可通過(guò)增大發(fā)射端輸入電壓和增加兩線圈的尺寸，來(lái)提高無(wú)線輸電系統(tǒng)的工作效率，從而增加無(wú)線輸電的傳輸距離。

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篇10

【關(guān)鍵詞】無(wú)線供電；磁耦合共振；實(shí)驗(yàn)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ钪杏辛嗽S許多多的電子電器設(shè)備，它們都附帶有電源線、充電器，而且各種充電器規(guī)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(wú)法拋棄的羈絆，我們有沒(méi)有可能徹底甩掉這些小尾巴？答案是肯定的，我們可以應(yīng)用無(wú)線供電技術(shù)。海爾已經(jīng)推出了“無(wú)尾電視”概念機(jī)，不需要電源線、信號(hào)線和網(wǎng)線。

無(wú)線電力傳輸是一種區(qū)別于有線傳輸?shù)奶厥夤╇姺绞?。無(wú)線供電技術(shù)其實(shí)在很多年前就有概念，特拉斯在發(fā)明了交流電并構(gòu)建交流供電體系后開(kāi)始構(gòu)想無(wú)線輸電方案，同時(shí)進(jìn)行了實(shí)踐。

目前，無(wú)線供電技術(shù)有以下三種方法：

第一，電磁耦合。最早應(yīng)用的無(wú)線供電技術(shù)是1885年研制成功至今仍在廣泛應(yīng)用的變壓器，它是典型的電磁耦合無(wú)線供電例子，其基本原理是法拉第的電磁感應(yīng)理論，兩組導(dǎo)線繞在鐵制框架上，兩者沒(méi)有直接連接，完全靠電磁感應(yīng)傳遞能量。在現(xiàn)代社會(huì)生活中，這種電磁感應(yīng)式的無(wú)線供電系統(tǒng)已得到了較為廣泛地應(yīng)用，其中一個(gè)例子是電動(dòng)牙刷。電動(dòng)牙刷經(jīng)常接觸水，無(wú)法采用直接充電方式，研究者采用電磁耦合無(wú)線充電技術(shù)，在充電座和牙刷中各有一個(gè)線圈，當(dāng)牙刷放在充電座上時(shí)就有磁耦合作用，類(lèi)似一個(gè)變壓器，感應(yīng)電壓整流后就可對(duì)鎳鎘電池充電；另一個(gè)應(yīng)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(wú)線供電技術(shù)，這些卡片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相似，由一小塊芯片和一個(gè)線圈組成。在卡片中的電路中沒(méi)有供電模塊，當(dāng)卡片在讀卡機(jī)邊晃動(dòng)時(shí)，讀卡機(jī)周?chē)纬梢粋€(gè)快速變化的磁場(chǎng)，卡片中的線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流給內(nèi)部的芯片供電，芯片對(duì)外發(fā)射信號(hào)，將自身的信息發(fā)送給讀卡器，接下來(lái)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(shí)質(zhì)已應(yīng)用了無(wú)線供電技術(shù)。雖然電磁感應(yīng)無(wú)線供電技術(shù)比較成熟，但這種供電技術(shù)會(huì)受到很多限制，其中最大的問(wèn)題就是低頻磁場(chǎng)會(huì)隨著距離的增加而快速衰減，如果實(shí)際應(yīng)用要增加供電距離，只能根據(jù)需要加大磁場(chǎng)強(qiáng)度，但磁場(chǎng)強(qiáng)度加大不僅增加電能的消耗，還會(huì)造成近距離的磁信號(hào)記錄設(shè)備失效，例如銀行卡上的磁條在強(qiáng)磁場(chǎng)下會(huì)去磁損壞。另外，電磁感應(yīng)無(wú)線供電技術(shù)是直接以電磁波形式進(jìn)行1cm以下的較近距離的發(fā)射和接收，電磁波向四面輻射，能量大量浪費(fèi)，效率較低，通常它只適合相互“貼著”的小功率電子產(chǎn)品。

第二，光電耦合。光電耦合無(wú)線供電技術(shù)就是把電能轉(zhuǎn)化為光能，比如激光，通過(guò)光將能量傳遞到目的地再轉(zhuǎn)化為電能。光電耦合無(wú)線供電技術(shù)比較直觀，而且光電轉(zhuǎn)換技術(shù)也較成熟且應(yīng)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(wú)線供電技術(shù)有很大的應(yīng)用障礙。

第三，電磁共振。電磁共振其原理類(lèi)似聲波共振的原理，兩種介質(zhì)具有相同的共振頻率，就可以用來(lái)傳遞能量，稱(chēng)之為非輻射性電磁共振。美國(guó)麻省理工學(xué)院的科學(xué)家正在開(kāi)發(fā)一種使用非輻射性的無(wú)線能量傳輸方式來(lái)驅(qū)動(dòng)電器，無(wú)論是手機(jī)，筆記本電腦還是數(shù)碼相機(jī)，如果這項(xiàng)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(dòng)，如果兩個(gè)物體固有頻率相同，就可以傳遞這種振動(dòng)，也就是傳遞能，研究人員讓一個(gè)天線發(fā)射電磁波，讓接收器來(lái)接收，轉(zhuǎn)化為能量，這是電磁共振無(wú)線供電技術(shù)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(wú)線供電技術(shù)供電。將來(lái)電磁共振無(wú)線供電技術(shù)將會(huì)有很大的應(yīng)用空間，比如在地下鋪設(shè)線路后，我們隨時(shí)可以為手機(jī)，甚至開(kāi)行中的汽車(chē)充電。

根據(jù)以上分析，我們認(rèn)為磁耦合共振無(wú)線供電技術(shù)是最有可能廣泛應(yīng)用的技術(shù)。無(wú)線供電技術(shù)（無(wú)線充電）可以讓電能隔著空氣、塑料外殼實(shí)現(xiàn)傳輸，大大方便了應(yīng)用。

無(wú)線電能傳輸方案如圖1。

圖1 無(wú)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(tǒng)電磁感應(yīng)供電技術(shù)的百萬(wàn)分之一，當(dāng)發(fā)射端通電時(shí)，它并不向外界發(fā)射電磁波，而只是在周?chē)纬梢粋€(gè)非輻射磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)用了和接收端聯(lián)絡(luò)，激發(fā)接收端共振，從而已很小的消耗代價(jià)來(lái)傳輸能量。這項(xiàng)技術(shù)中，磁場(chǎng)的強(qiáng)度和地球的強(qiáng)度相似，人們不用擔(dān)心對(duì)自己身體和其它設(shè)備產(chǎn)生不良影響。

采用芯可泰XKT801芯片，我們進(jìn)行了以下無(wú)線供電實(shí)驗(yàn)。

無(wú)線供電模塊有振蕩電路、整形電路、檢測(cè)電路、頻率干擾抑制電路、電流自動(dòng)控制、無(wú)線功率發(fā)射電路等組成。

圖2 無(wú)線供電模塊電路組成