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(yīng)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(yīng)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(kuò)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(duì)世界的探索和對(duì)知識(shí)的融匯，誕生了很多無線的高科技產(chǎn)品，如無線電話，藍(lán)牙耳機(jī)，紅外傳輸，無線鼠標(biāo)……大家是否盼望電能的傳輸也能像電話一樣開啟無線的時(shí)代，相信在未來的不久輸電的無線時(shí)代會(huì)逐步走進(jìn)人們的生活。無線輸電嚴(yán)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(dǎo)線。
無線輸電優(yōu)點(diǎn)
電能作為一種能量，傳統(tǒng)的電能傳輸主要是靠導(dǎo)線或?qū)w進(jìn)行輸送，但是從發(fā)電，輸電，變電，配電，用電在這些復(fù)雜的環(huán)節(jié)中，要使用大量的導(dǎo)線，桿塔，變電設(shè)備和換流設(shè)備，對(duì)電網(wǎng)的日常維護(hù)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(jì)。而且傳統(tǒng)的蓄電池也可以不再需要，因?yàn)闊o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(jī)，電動(dòng)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(xué)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(huì)上，特斯拉做出了一個(gè)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(gè)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(jī)，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(dǎo)體，地球電離層作為外導(dǎo)體，通過放大發(fā)射機(jī)，這種放大發(fā)射機(jī)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(cái)力實(shí)現(xiàn)這一發(fā)明，在這位巨匠隕落之后，這項(xiàng)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(yīng)用，并且制造出了一些科技產(chǎn)品，為數(shù)碼相機(jī)，手機(jī)，筆記本進(jìn)行無線感應(yīng)充電。既然是感應(yīng)充電，需要將用電設(shè)備置于感應(yīng)裝置上才能對(duì)其進(jìn)行充電，即充點(diǎn)墊。此技術(shù)尚在研究階段，感應(yīng)距離是很微小的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足輸電的要求。近日麻省理工學(xué)院的一個(gè)研究小組在2米的距離內(nèi)實(shí)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(gè)耦合共振線圈，一個(gè)線圈接電源成為送電端，另外一個(gè)為接收端。讓兩個(gè)線圈具有相同的頻率，線圈之間就可以進(jìn)行電能的輸送，這兩個(gè)共振線圈不會(huì)被其他頻率的物體所干擾，因此可以讓兩個(gè)耦合共振的線圈透過同一磁場(chǎng)傳輸電力，相當(dāng)于開啟了一個(gè)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(yīng)原理的輸電方式，可以達(dá)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(gè)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(jí)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(duì)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(jí)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(jí)相連。
無線輸電前景展望
無線輸電的科技實(shí)踐，證實(shí)無線輸電理論切實(shí)可行。如果將這種無線輸電的方式擴(kuò)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(yīng)所造出的太陽能是非常巨大的，太陽每小時(shí)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(shí)環(huán)境污染得到了有效遏制，屆時(shí)人類將會(huì)用到廉價(jià)、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(qiáng)度是地面的15倍，從地表發(fā)射一個(gè)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(duì)位置與地球保持不變。將電池板收集儲(chǔ)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(huì)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(yīng)與電磁耦合相融合，使電磁感應(yīng)無線輸電的低效率與電磁耦合輸電的短距離相彌補(bǔ)。以現(xiàn)有的研究水平對(duì)無線輸電進(jìn)行了說明和推導(dǎo)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(qiáng)，三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，輸電線路專業(yè)，20081484班。
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