無線輸電技術(shù)論文(2)
無線輸電技術(shù)論文
無線輸電技術(shù)論文篇二
電磁感應與耦合融合的無線輸電
摘 要：科技不斷地在創(chuàng)新之中，本文提出的是基于特斯拉線圈電磁感應原理及電磁耦合原理相融合的新無線輸電方案，以及將其擴展使用于太空無線輸電，為人類帶來取之不盡用之不竭的能源。
關(guān)鍵詞：無線輸電;電磁耦合;特斯拉線圈;共振線圈;太空輸電
引言：隨著人們對世界的探索和對知識的融匯，誕生了很多無線的高科技產(chǎn)品，如無線電話，藍牙耳機，紅外傳輸，無線鼠標……大家是否盼望電能的傳輸也能像電話一樣開啟無線的時代，相信在未來的不久輸電的無線時代會逐步走進人們的生活。無線輸電嚴格來講就是無線電源，一切用電設(shè)備將不在需要連接電源的導線。
無線輸電優(yōu)點
電能作為一種能量，傳統(tǒng)的電能傳輸主要是靠導線或?qū)w進行輸送，但是從發(fā)電，輸電，變電，配電，用電在這些復雜的環(huán)節(jié)中，要使用大量的導線，桿塔，變電設(shè)備和換流設(shè)備，對電網(wǎng)的日常維護也是離不開的。無線輸電能夠省去電力輸送過程中的諸多環(huán)節(jié)，使電能輸送變得更為經(jīng)濟。而且傳統(tǒng)的蓄電池也可以不再需要，因為無線輸電可以直接將電能輸送到用電設(shè)備，比如筆記本，手機，電動車……這樣就可以為人們的日常生活帶來了很多的方便，擺脫了電線及充電器的束縛。所以將電能輸送無線化是有很大前景的。
無線輸電原理
特斯拉無線輸電：尼古拉·特斯拉這位架起電與磁之間橋梁的科學巨匠，也是最早提出無線輸電的大師。他的理論是將低頻高壓電流轉(zhuǎn)化為高頻電流，然后再由空氣作為傳輸媒介來輸電。經(jīng)?？吹降奶厮估€圈就是能夠生產(chǎn)出既高頻又低電流的高壓交流電。而且在一次記者招待會上，特斯拉做出了一個經(jīng)特斯拉線圈產(chǎn)生的高頻電流經(jīng)過自己的身體，使一顆無線燈泡發(fā)亮的展示。特斯拉線圈的線路和原理都很簡單，本質(zhì)是一個可以獲得高頻電流的變壓器。后來特斯拉又發(fā)明了放大發(fā)射機，也就是現(xiàn)在的大功率高頻傳輸共振變壓器。特斯拉把地球作為內(nèi)導體，地球電離層作為外導體，通過放大發(fā)射機，這種放大發(fā)射機特有的電磁波振蕩模式，在地球與電離層之間建立起了低頻共振，利用地球表面的電磁波作為媒質(zhì)來傳輸能量?？上厮估猩隂]有財力實現(xiàn)這一發(fā)明，在這位巨匠隕落之后，這項技術(shù)被擱置，目前此技術(shù)又被重新研究。
電磁耦合共振的無線輸電：這種技術(shù)已經(jīng)得到了應用，并且制造出了一些科技產(chǎn)品，為數(shù)碼相機，手機，筆記本進行無線感應充電。既然是感應充電，需要將用電設(shè)備置于感應裝置上才能對其進行充電，即充點墊。此技術(shù)尚在研究階段，感應距離是很微小的，遠遠不能滿足輸電的要求。近日麻省理工學院的一個研究小組在2米的距離內(nèi)實現(xiàn)了無線輸電，但是傳輸效率只有40%。這種無線輸電的原理是：采用兩個耦合共振線圈，一個線圈接電源成為送電端，另外一個為接收端。讓兩個線圈具有相同的頻率，線圈之間就可以進行電能的輸送，這兩個共振線圈不會被其他頻率的物體所干擾，因此可以讓兩個耦合共振的線圈透過同一磁場傳輸電力，相當于開啟了一個電能傳輸?shù)耐ǖ馈?/p>
電磁耦合式無線輸電是一種基于電磁感應原理的輸電方式，可以達到輸電設(shè)備與用電設(shè)備間非物理接觸就可以傳輸電能的效果，也是目前極有可能成為無線輸電的技術(shù)手段。該系統(tǒng)主要由三個部分組成，能量發(fā)送端，無接觸變壓器和能量接收端。
由于這種系統(tǒng)屬于疏松耦合系統(tǒng)，傳輸效率低，為了提高傳輸能力，初級變壓器通常采用高頻變壓器。無接觸變壓器是系統(tǒng)中的樞紐部分，對穩(wěn)定電流，高效傳輸起決定性作用。能量發(fā)射端由整流濾波電路，高頻逆變裝置和控制電路構(gòu)成，與變壓器的初級相連。能量接收端由輸出整流濾波器和控制電路組成，與變壓器次級相連。
無線輸電前景展望
無線輸電的科技實踐，證實無線輸電理論切實可行。如果將這種無線輸電的方式擴展為太空輸電，那么能源是取之不盡用之不竭的。太陽內(nèi)部熱核反應所造出的太陽能是非常巨大的，太陽每小時所釋放的能量，可供人類使用5萬年，然而輻射到地球的能量只有22億分之一。若將太陽能盡可能利用，則可以解決全球因煤炭發(fā)電，引起的全球變暖問題，同時環(huán)境污染得到了有效遏制，屆時人類將會用到廉價、清潔、 可持續(xù)的能源。
由于地面受云層等天氣狀況的影響，不利于陽光的收集，但是太空中陽光的輻射強度是地面的15倍，從地表發(fā)射一個帶有單晶硅太陽能電池板的衛(wèi)星，其高度超過35800公里后沒有云層遮蓋，晝夜變化，四季之分，相對位置與地球保持不變。將電池板收集儲存的能量通過無線輸電的技術(shù)傳送到地表，然后通過無線輸電技術(shù)將其輸送至千家萬戶。這將是人類能源利用的一次革命性突破，會給各科領(lǐng)域帶來新的輝煌。
結(jié)束語
本文將特斯拉線圈的電磁感應與電磁耦合相融合，使電磁感應無線輸電的低效率與電磁耦合輸電的短距離相彌補。以現(xiàn)有的研究水平對無線輸電進行了說明和推導公式的展示，以及筆者大膽建立的太空無線輸電模式，希望為研究無線輸電盡微薄之力。
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作者簡介：
張強，三峽大學電氣與新能源學院，輸電線路專業(yè)，20081484班。
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