[工学]无接触电能传输技术的研究进展及应用前景.ppt

无接触输电技术的研究 进展及应用前景 展示分为： ? 概念 利用无线电技术传输 优点 省去电缆成本 减少电阻消耗 问题 效率低 有效距离短 技术 电磁感应耦合 共振磁耦合 远场辐射技术 历史 早在1899年交流发电机的发明者Nikola Tesla就开始从事无接触输电的研究。随后在纽约附近的长岛建造的Wardenclyffe Tower（Tesla Tower）进行了无线功率传输实验，在没有传输线的情况下点亮25英里以外的氖气照明灯。 长岛实验（The Long Island Experiment) 1968，Peter Glaser提出了利用太阳能动力卫星向地面传输功率的想法。 2007 年，麻省理工大学的一组科学家宣布：他们用 两米开外的一个电源，“隔地”点亮了一盏 60 瓦的灯泡。这是一个了不起的突破。 现状 三种电能无接触式传输方式 1. 感应耦合技术 2. 共振磁耦合技术 3. 远场辐射技术 1. 感应耦合技术 它利用了感应耦合系统和电力电子技术相结合的方法，实现了电能的无物理连接传输。它将系统的变压器的紧密型耦合磁路分开,初、次级绕组分别绕在具有不同磁性的结构上,实现在电源和负载单元之间进行能量传递而不需物理连接。其基本原理为麦克斯韦方程组，积分形式为： 传输效率： 理论和经验都表明:当原边（初级）电流的频率、幅值越高,原边、副边的距离越小，铁心周围介质的相对磁导率越大时,可分离式变压器的传输效率越高。但实际应用当中原边、副边的距离不可能无限小,必须对原副边采取相应的补偿措施。所以电能传输效率较低。 感应耦合技术的优点在于原理简单，容易实现，近距离能量传输效率高，可高达99%。但是缺点在于传输距离近，对位移和频率变化的稳定性差。需要一次、二次线圈尽量保持在对齐状态，一旦出现相对位移，效率会急剧下降，而且电磁污染较严重。可以应用于传输功率不大，相对位置基本不变的场合，例如手机无线充电，电磁炉等。 2.　共振磁耦合技术 共振磁耦合的理论依据在于：如果两个振荡电路具有相同频率，那么在波长范围内，是通过近场瞬逝波耦合。感应器产生的驻波在远远小于损耗时间内允许能量高效地从一个物体传到另一个物体。由于共振波长远远大于振荡器尺寸，所以可以不受附近物体的影响。 理论依据： 建立如图所示的线圈耦合电路模型。若传输系统角频率为ω， 列KVL回路方程可求出线圈 、 等效回路电流： 3.　远场辐射技术 远场就是远远大于发射接收设备尺寸的千米计的电能传输距离。对于远距离输电，现在主要都是有线高压传输。然而，远距离有线传输成本高，能量损失大，消耗资源多，所以，电能远距离无线传输势必会成为发展的趋势。远场电能传输，有普通的地面电能传输，有太空-地面-地面电能传输等几个应用。 地面电能传输，需要定向性好，穿透能力强，能量集中。电磁波谱中，激光以及微波都符合要求，然而，激光成本高，易受天气影响，所以我们选择微波作为载能波。 我们所需要的微波 一． 普通的地面电能传输。 布朗的微波传输系统 在地面上，传输装置大概分成三部分：微波源，发射天线，接收天线三部分。微波源内有磁控管,能控制源在2. 45 GHz频段输出5~200W的功率;微波源输出的能量通过同轴电缆连接至和波导管之间的适配器上;亚铁酸盐的循环器连接在波导管上,使波导管和发射天线相匹配。这种开孔的波导天线很适合用于无线电能传输,因为它有高达95%的孔径效率和很高的能量捕捉能力。硅控整流二极管天线用来收集微波并把它转换成直流电,在布朗展示的系统中该接受天线拥有25%的收集和转换效率,这种天线在2.45GHz测试时曾经达到甚至超过90%的效率。 微波传输效率： 实际测定效率 二．太空-地面-地面电能传输 通过在太空安装一组的太阳能电池板，采集太阳能，然后以定向微波或激光技术源源不断地把能量传回地球接收处，再由接收处经过分配后把分配好的微波发送给用电处。 太阳光通过太阳能电池转换为直流电 直流电通过微波源转换为微波 微波传回地球，并被接收天线接收 用电处的接收天线将微波转换为直流电，再转换为交流电 接收天线把接收信号经过处理后传输给用电处的接收天线 原理图如下： 展望 无接触电能传输技术有着巨大的应用潜力和广阔的应用前景。 没有线，却依然尽在掌握。 当可以在远距离、中等距离和近距离都广泛实现无线供电的时候，人类目前最常用的能量将会变得像空气一样随处可得。无需再抱怨没有合适的充电器，不用再为电子设备准备厚重的电池以尽量延长它们的待机时间。我们可以把手持设备做得更小更薄，甚至可以容易地植入体内。在那时候，生活又是何等一幅模样？ 电？到处都有啊。 谢谢 意见与建议: 论文写作与答辩