无线输电理论简介
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无线输电原理无线输电是指通过无线电波或者其他无线技术,将电能从一个地方传输到另一个地方的技术。
这种技术的出现,给人们的生活带来了很大的便利,同时也在一定程度上改变了人们对电能传输的认识和方式。
那么,无线输电的原理是怎样的呢?接下来,我们将详细介绍一下无线输电的原理。
首先,无线输电的原理基于电磁感应。
当一个导体在磁场中运动时,就会在导体两端产生感应电动势。
这就是著名的法拉第电磁感应定律。
利用这一原理,我们可以通过发射端产生交变电流,产生交变磁场,然后在接收端通过感应产生电流,从而实现无线输电。
其次,无线输电的原理还涉及到电磁波传播。
电磁波是由振荡的电场和磁场相互作用而产生的一种波动现象。
在无线输电中,我们可以利用电磁波的传播特性,将电能从一个地方传输到另一个地方。
通过调控电磁波的频率、功率和传播方式,可以实现不同范围内的无线输电。
此外,谐振是实现无线输电的重要原理之一。
谐振是指在一个物体受到外力作用时,产生共振现象的特性。
在无线输电中,利用谐振的原理可以实现高效的能量传输。
通过调节发射端和接收端的谐振频率,可以实现最大效率的能量传输,同时减小能量损耗。
最后,无线输电的原理还涉及到能量聚焦和传输。
在无线输电系统中,我们可以利用天线、聚焦器等装置,将电能聚焦到一个特定的区域,然后再将其传输到需要的地方。
这种方式可以提高能量的利用效率,减小能量损耗,实现长距离的无线输电。
综上所述,无线输电的原理涉及到电磁感应、电磁波传播、谐振和能量聚焦等多个方面。
通过对这些原理的合理应用,我们可以实现高效、安全、长距离的无线输电。
这种技术的发展将为人们的生活带来更多便利,也将在能源传输领域产生重大的影响。
希望本文对无线输电的原理有所帮助,谢谢阅读。
理论之路【无线供电:从理论到流行之路】无线供电的定义在维基百科等网站上,广义的无线供电定义是终端用电器通过无线方式获取电能的过程。
但按照目前绝大多数人认可的观点,无线供电技术是将电源端的电能转换为其他形式的无线能量,并在接收端被再次转换为电能供终端使用的技术。
按照这一定义,很多看起来“无线”的供电方式,比如使用太阳能和风能等等都不能算做“无线供电”。
事实上,我们也很少把这类能源供电归为无线供电的范畴。
按照这一定义,目前已经实用化的无线供电技术只有两类,一类基于电磁感应原理,另一类则基于电磁共振原理。
不过,尽管这些原理听起来很简单,但实用化的难度并不算小。
无线供电的早期发展我们都知道无线电波具有能量,波长越短,能量也就越高,类似原子弹和氢弹爆炸那样的核辐射可以快速杀死生命,即使是波长仅仅比可见光稍短的紫外线也可灼伤皮肤。
既然能量能够通过无线方式传递,那么只要找到合适的传递方式,就可以实现电能的无线传输。
天才的物理学家尼古拉?特斯拉曾经设想在地球和电离层之间以低频电磁波传递电能,并进一步实现电力全球输送的宏图。
由于无线供电有着潜在的军用价值,因此不少机构和公司在这一领域投入了大量资金,并取得了一系列的重要成果。
不过,早期的无线供电研究的军方背景使无线供电偏重于长距离和高性能,这需要低频、大功率的载波发射接收装置,此类装置一般都相当庞大,这也使得无线供电技术很难用于民用场合,更别提用在便携装置上了。
无线供电安全吗?无线供电的安全性是每个人都关心的问题。
一方面,无线供电造成的交变电场和磁场可能会对人体产生影响,但这种影响通常很小。
根据日本相关企业的研究结果,在电动巴士上配备22KHz频率、30kW的电磁感应式无线供电系统时,磁场强度在近场以距离的立方比例衰减,在100mm远的位置的磁场强度为72μT。
这个值对普通人完全没有影响,但对于特殊人群则可能会有问题——比如德国规定心脏起搏器的最大容许磁力线密度为66.5μT,因此安装心脏起搏器的人士应该离开充电装置至少100mm以上。
无线供电技术发展简介第一章无线供电技术概述电能传输和信号传递是电力电子技术所涉及的两个主要方面,两者往往共存于同一个电力电子应用系统当中,电能用来给系统运行提供动力或能量,而信号用来检测系统操作状态或传递控制指令。
如今,信号传输以移动手机和无线INTERNET为例,以空气为媒介已经实现了长距离的非接触传递,极大地方便人们的生存生活;而电能的传输仍然主要有导线直接接触进行传输,电工电子设备的供电通过插头和插座来进行,其发展远远滞后于信号传输的发展。
长期以来,利用磁耦合原理实现电能传输只是在传统变压器和感应电机当中得到了运用,基于此原理以空气为磁介质实现高等级电能传输最开始认为是不可能的,更不用提通过空气实现远距离的电能传送了。
近年来,很多新的方法应用,无线供电又受到了热捧。
在给移动设备进行供电采用无线供电技术(Wireless Power Technology),简称WPT,越来越成为人们关心的课题。
无线供电技术(WPT)是一种新型的电能传输技术,其具备两大优点:一是让电器与电源完全隔离,使电器的灵活性、美观性、安全性、密封性的表现更好;二是WPT可以通过非导体来传播电能,如水、空气、土壤、玻璃等,因此可以实现隔物供电。
第二章无线供电的历史、发展与现状实际上无线供电的设想早在一百多年前就已经出现。
在1890年,尼古拉·特斯拉,这位现代交流电系统的奠基者就开始构想无线供电方法,最后提出了一个非常宏大的方案——把地球作为内导体、距离地面约60 km的电离层作为外导体,在地球与电离层之间建立起大约8 Hz的低频共振,再利用环绕地球的表面电磁波来远距离传输电力。
到了20世纪20年代中期,日本的H.Yagi和s.Uda论述了无线供电概念的可行性;20世纪30年代美国的学者开始研究不利用导线去点亮电灯的输电方案。
随着大功率、高效率真空电子管微波源的研制成功,20世纪60-70年代,Raytheon公司的William C.Brown 做了大量的无线供电方面的研究工作,使得这一概念变成实验结果,奠定了现代无线供电的实验基础。
无线输电原理
无线输电是一种通过电磁场传输能量的技术,它利用电磁波在空间中的传播来将电力传输到远距离的设备或者载体上,实现无线供电。
无线输电的原理是基于电磁感应的原理。
根据法拉第电磁感应定律,当一个导体或者线圈处于变化的磁场中时,就会产生感应电动势。
无线输电系统中,发送端会通过特定的设备和电源产生高频交变电流,进而产生变化的磁场。
这个变化的磁场会穿过空间,并且在接收端的接收线圈中产生感应电动势。
然后,通过接收设备将感应电动势转化为直流电能,供给需要供电的设备使用。
实现无线输电的关键是解决能量传输的效率和距离问题。
在传输过程中,无线输电系统需要尽量减小能量的损耗,并且确保能量能够准确地被接收设备所接收。
为了实现这个目标,无线输电系统通常会采用共振腔结构,即在发送端和接收端之间设置共振设备,使得能量在这个共振腔中进行传输。
通过调整共振频率,可以提高能量的传输效率。
此外,在无线输电系统中还需要考虑避免对周围环境和人体产生潜在的危害。
无线输电系统通常会采用能量随距离的平方衰减的原理,限制能量传输的距离。
此外,还可以采用反向传输原理,即只在接收设备上产生电流,而不在发送设备上产生电流,从而进一步减小潜在的危害。
总的来说,无线输电是一种相对新颖的技术,通过利用电磁波
进行能量传输,实现无线供电。
它具有很大的潜力,在未来的发展中可以应用于各种场景,为我们的生活和工作带来便捷和创新。
电力电子技术中的无线输电技术电力电子技术是一门应用电子学原理,用于控制电能的转换、传输和分配的技术。
而无线输电技术作为电力电子技术中的一个重要领域,正日益受到人们的关注和重视。
无线输电技术的发展,不仅可以改变传统电力传输方式,减少线路损耗,还可以为远程地区提供更可靠的电力供应。
本文将介绍电力电子技术中的无线输电技术的发展现状以及未来发展趋势。
一、无线输电技术的发展历程无线输电技术的概念最早可以追溯到19世纪初发明的电磁感应原理。
克罗克斯和特斯拉等科学家提出了通过电磁波来实现电力输送的理念。
20世纪后期,无线输电技术迎来了飞速的发展。
2007年,麻省理工学院的研究团队成功实现了将功率通过磁感应耦合的方式从一个线圈传输到另一个线圈,从而实现了远距离的无线电力传输,这一突破标志着无线输电技术进入了一个全新的阶段。
二、无线输电技术的原理无线输电技术主要基于电磁感应原理,通过发射端产生的交变电流激发传输端的线圈,从而实现电能的传输。
传输端的线圈接收激发信号后,将其转化为电能输出。
在这一过程中,需要克服电磁波传输中的能量损耗、距离衰减等问题,因此需要应用电力电子技术来提高能量传输效率。
三、无线输电技术的应用场景无线输电技术在电力电子领域有着广泛的应用场景。
首先,可以用于电动汽车的充电,通过无线输电技术可以实现电动汽车的智能充电,解决了传统有线充电存在的安全隐患和不便之处。
其次,无线输电技术可以应用于医疗设备和无线传感器网络,实现远程电力供应,极大地提高了设备的可靠性和稳定性。
另外,在一些特殊场景下,如太空科研、极地考察等领域,也可以利用无线输电技术解决能源供应的问题。
四、无线输电技术的发展趋势随着社会的电力需求不断增长,无线输电技术的发展进入了一个蓬勃发展的阶段。
未来,无线输电技术将在以下几个方面得到进一步的应用和发展。
首先,无线输电技术将在新能源领域得到广泛应用,能够提高新能源的利用效率,降低电力传输成本。
无线电力传递的历史发展原理无线电力传递是指通过无线电波进行电能的传输,无需使用电线或其他有线电源。
它的出现改变了以往人们在进行电能传输时受制于电线长度限制的情况,也让许多设备实现了更加便捷的无线化操作。
下面,我将为大家详细介绍一下无线电力传递的历史发展原理。
无线电力传递的历史发展可以追溯到19世纪,当时的科学家们开始尝试利用无线电波进行电能传输。
一位法国物理学家、电信工程师尼古拉·特斯拉在1891年发明了一种叫做特斯拉线圈的远距离无线电传输技术。
他发现,当特斯拉线圈的两端收到无线电波信号时,它们就能够将能量通过空气传输。
特斯拉的发明在当时引起了巨大的轰动,但是他并没有找到一种可靠的方法来控制这种能量的传输,所以这种技术并没有得到广泛应用。
到了20世纪,另一位科学家尝试使用高频电波进行无线电力传输。
他的名字是鲍威尔·麦克瑞迪。
他在1929年成功地将电能远距离传输到了一个小灯泡上,从那时起,无线电力传输的历史开始快速地发展了起来。
随着科技的不断发展,人们开始尝试使用无线电波进行更多种类的应用,包括电能传输、通信、电视传输等。
一些公司也开始将无线电力传输技术应用于新的领域,例如汽车制造、机器人控制等。
尽管无线电力传输技术在20世纪初已经开始出现,但是由于技术不成熟,传输的效率并不高。
但是在现代的技术条件下,无线电力传输的效率已经得到了大大的提高。
例如,2011年,日本科学家们成功地将5千瓦的电能通过27米的距离进行了无线电力传输。
无线电力传输的原理比较简单。
首先,需要一个发射装置和一个接收装置。
发射装置能够将电能转换成无线电波,经过空气传输到接收装置上,接收装置再将无线电波转化为电能,供给设备使用。
现代无线电力传输技术大多采用了磁共振原理。
具体来说,发射装置会生成一个高频磁场,这个磁场会和接收装置上的电感器产生共振。
通过这种方式,电能就能够被成功传输到目标设备上。
这种技术的优点在于能量传输效率较高,传输距离较远,而且无线电能在空气中传输不会对人体造成伤害。
尼古拉.特斯拉的⽆线传输电能到底是什么技术?⽆线输电并不是这些年才冒出来的新技术,在上世纪80年代的⼀些科普图书中就有⽆线输电技术的介绍。
这种⽆线输电的原理很简单,就是将电能通过发射线圈转为电磁波向外发射,然后被远处⼀个接收线圈接收该电磁波,并将其转换成电能输送给负载使⽤。
下⾯我们通过⼀个简单的⽆线输电模块电路来详细介绍⼀下⽆线输电的⼯作原理。
▲成品的⽆线输电收发模块。
上图是⼀款市售的成品⽆线输电模块,其分为发射模块和接收模块两部分,发射模块带的线圈为发射线圈,负责向外发射电磁波能量。
接收模块带的线圈为电磁波接收线圈,其作⽤就是接收发射线圈发出的电磁波,并将其转换成电能。
▲⽆线发射模块电路原理图。
⽆线发射模块⼀般由振荡电路及谐振回路组成。
振荡电路将电源供给的能量转换成数⼗KHz以上的⾼频交流信号,通过驱动电路驱动发射线圈向外发射电磁波。
由于发射线圈两端⼀般并联由谐振电容(谐振频率⼀般与振荡电路的振荡频率相同),故发射线圈向外发出的是某⼀频率的电磁波信号。
▲⽆线接收模块电路原理图。
上图是⽆线接收模块的电路原理图。
输⼊端的线圈为接收线圈,与之并联的电容为谐振电容,当接收线圈周围存在着与其谐振频率相同的电磁波信号时,线圈两端将产⽣感应电流,该电流经⼆极管整流及电容滤波后即可转为直流电压,然后再通过电源管理IC的升降压及稳压处理后,即可变为负载所需的电压供负载使⽤。
这就是⽆线输电的基本⼯作原理。
⽆线输电技术⾮常有⽤,譬如⽤来给⼿机等数码产品充电,⼿机只要内置⽆线接收模块即可省略充电线,这样也就避免了频繁插拔充电线导致⼿机USB端⼝损坏。
若将鱼缸内的LED装饰灯安装上⽆线接收模块,这样隔着鱼缸即可给LED灯供电,省略了电源线,鱼缸移动和放置都更⽅便⼀些。
无线输电技术原理
无线输电技术是一种新型的能源传输方式,它可以将电能通过无线电波的方式传输到远距离的地方,从而实现远距离的能源传输。
这种技术的原理是利用电磁波的能量传输特性,将电能转化为电磁波,然后通过无线电波的方式将电磁波传输到目标地点,再将电磁波转化为电能,从而实现能源的传输。
无线输电技术的原理主要包括三个方面:电能转化、电磁波传输和电能转化。
首先,电能转化是指将电能转化为电磁波的过程。
这个过程需要使用到一种叫做“发射器”的设备,它可以将电能转化为高频电磁波。
发射器的工作原理是利用电磁感应的原理,通过电磁场的变化来产生高频电磁波。
这种高频电磁波可以穿透空气和其他物质,从而实现远距离的传输。
电磁波传输是指将电磁波通过无线电波的方式传输到目标地点的过程。
这个过程需要使用到一种叫做“传输介质”的设备,它可以将电磁波传输到目标地点。
传输介质的工作原理是利用电磁波的传播特性,通过空气或其他物质来传输电磁波。
这种传输方式可以实现远距离的传输,而且不会受到地形和建筑物的限制。
电能转化是指将电磁波转化为电能的过程。
这个过程需要使用到一种叫做“接收器”的设备,它可以将电磁波转化为电能。
接收器的工作原理是利用电磁感应的原理,通过电磁场的变化来产生电能。
这
种电能可以用来供电或者储存起来,从而实现能源的传输和利用。
无线输电技术是一种新型的能源传输方式,它可以实现远距离的能源传输,从而解决了传统输电方式存在的一些问题。
这种技术的原理是利用电磁波的能量传输特性,将电能转化为电磁波,然后通过无线电波的方式将电磁波传输到目标地点,再将电磁波转化为电能,从而实现能源的传输。
无线输电知识点总结无线输电的原理无线输电的原理是通过电磁波向远距离传输能量。
通常无线输电技术使用雷射或者微波向远距离传输能量,这些能量在空气中传播并到达目的地,再被转换成电能。
在无线输电的过程中,需要有发射设备和接收设备进行配合。
发射设备负责产生电磁波,而接收设备则负责接收电磁波并将其转化为电能。
无线输电的应用无线输电技术在很多领域都有着广泛的应用。
首先是在能源输送方面,无线输电可以解决远距离地区的电力供应问题,尤其是在一些资源匮乏的地区。
其次是在军事领域,无线输电可以用于为士兵提供可靠的电力供应。
另外,无线输电还可以应用在一些特殊的环境中,比如宇航飞行器、航天器等。
无线输电的优势与传统有线输电相比,无线输电有一些明显的优势。
首先是无线输电可以避免传统输电线路需要建设和维护的问题,这样可以节约大量的成本和人力。
其次是无线输电可以实现远距离的电力传输,这对于一些偏远地区来说是非常有益的。
另外,无线输电还可以避免天气和其他不可控因素对电力传输造成的影响,提高了电力传输的可靠性。
无线传输技术的挑战虽然无线传输技术有着很多优势,但是在实际应用中也面临着一些挑战。
首先是无线传输技术需要解决传输效率和能量损耗的问题,这需要在技术上进行不断的改进和优化。
其次是无线传输技术需要解决安全性和辐射问题,这是一个非常重要的问题,需要引起重视。
另外,无线传输技术需要解决发射和接收设备的成本和体积问题,使其更加适合实际应用。
无线传输技术的发展随着科技的不断进步,无线传输技术得到了长足的发展。
目前,一些公司和科研机构已经提出了一些无线传输技术的方案,并在实验室里进行相应的验证和测试。
一些无线传输技术已经应用在一些特殊场合,比如在宇航飞行器、军事装备等方面。
不过,无线传输技术还需要在效率、安全性、成本等方面进行更多的研究和实践,以推动这项技术的发展。
总结无线输电技术作为一种新兴的能源输送技术,有着广泛的应用前景和发展潜力。
未来,随着科技的不断进步和相关技术的不断创新,无线输电技术将会逐渐得到推广和应用,从而为社会生产和生活带来更大的便利和好处。
无线输电本征频率
无线输电是一种通过无线电波或其他电磁波来传输能量的技术。
在无线输电中,电能可以通过无线电波传输到接收器,从而实现在
没有传统导线的情况下将能量传输到远距离的设备或地点。
在无线输电中,本征频率是指特定系统或设备所使用的频率。
不同的无线输电系统可能会使用不同的频率来传输能量。
通常来说,无线输电系统会在工作频率上进行调谐,以确保能量传输的效率和
稳定性。
从技术角度来看,无线输电系统的本征频率取决于其设计和工
作原理。
例如,基于磁共振的无线输电系统可能会使用特定的共振
频率来实现能量传输,而基于微波的系统可能会在微波频段内工作。
因此,不同类型的无线输电系统会有不同的本征频率。
此外,从应用角度来看,无线输电的本征频率也会受到法规和
标准的限制。
不同国家或地区可能会规定特定的频率用于无线输电,以避免干扰其他无线设备或造成安全隐患。
因此,在设计和使用无
线输电系统时,需要考虑到本地的频率规定和限制。
总的来说,无线输电的本征频率是指特定系统或设备所使用的频率,它取决于技术设计和工作原理,并受到法规和标准的限制。
在实际应用中,需要综合考虑技术、法规和安全等因素来确定适合的本征频率。
无线输电技术原理无线输电技术原理是一种新型的能量传输方式,通过电磁波实现无线传输,可以实现对远距离的设备和终端的供电。
它可以让我们不再受限于电线,避免了电线敷设过程中的困难和危险,无线输电也可以在许多环境中提高生产效率,节省时间和人力。
无线输电技术原理主要分为三个步骤:第一步:电源传输电源传输是无线输电的第一步,其中的主要原理是通过变压器。
将直流电源转换为高频电流。
这里使用的变压器不同于普通变压器,它由空气或磁性材料组成,可以把直流电能转换为高频电能。
这些高频电流可以无线传输到接收设备。
第二步:电能接收电源传输设备可以向空气中放出电磁波,这些电磁波会以无线传输的方式到达到接收设备。
接收设备可以从电磁波中提取能量,然后将其转换为电能。
这个过程涉及到太阳能板式的结构,它通过将电磁波转换为交流电来收集能量。
第三步:使用电能第三步是使用电能,收集过来的电能可以供电给各种终端设备。
这个过程涉及到一个填补电压差的部分,因为传输过程中的能源损失会产生压差,所以需要通过调整电压以及电流来保持运作状态。
在这个过程中,应该注意的是无线输电需要保证传输的密度和保密性,因为在无线传输的过程中,信号可以被窃听或者受到干扰,而且无线传输需要考虑到多种环境和设备的耦合度和适应性。
无线输电技术原理不仅可以应用在生产和工业领域,还可以用于智能家居、医疗等领域。
在未来,无线输电技术将会得到广泛的应用,已经有许多公司和组织进行了相关的研究,并取得了成效。
综上,无线输电技术原理实现了人们的一种多种设备的远距离快速供电的方式,也避免了传输过程中电线走线的不便,可推广于不同的行业和领域,为人们的生活带来更加便捷和舒适的体验。
无线输电无线输电技术是一种利用无线电技术传输电力能量的技术,目前尚在实验阶段。
技术上,无线输电技术与无线电通讯中所用发射与接收技术并无本质区别。
但是前者着眼于传输能量,而非附载于能量之上的信息。
无线输电技术的最大困难在于无线电波的弥散与不期望的吸收与衰减。
对于无线电通讯,无线电波的弥散问题甚至不一定是件坏事,但是却可能给无线输电带来严重的传输效率问题。
一个办法是使用微波甚至激光传输,理论上,无线电波波长越短,其定向性越好,弥散越小。
亦有人担心此项技术可能给人带来的健康风险,虽然尚无太多证据证实或者否定这种风险。
无线输电的提出最早要追溯到1889年尼古拉·特斯拉这位大师作为科学上的巨匠,特斯拉本人并未获得与之相称的荣耀。
但特斯拉是开启电与磁之门的人,是现代电子工程的先驱,并带起了第二次工业革命,撇开他在电磁学和工程上的成就,特斯拉也被认为对机器人、弹道学、资讯科学、核子物理学和理论物理学上等各种领域有贡献。
包括我们使用的互联网,也是其贡献之一。
抛开这些伟大的贡献,我们来谈谈现在仍未被应用的一个伟大发明。
1889年他更发明了「无线传电方法」。
于是在美国科罗拉多泉(Colorado Spring)建设实验室开发及研究此项「无线传电」技术,即是将现时的低频(5060Hz)高压电流转化为「高频电流」,然后再经由空气作为传送媒介来输电。
此项「无线传电」技术不单省却了输电电缆的成本,更可以免去输电时因电阻所致的损耗。
经过八个月的研究后,特斯拉便决定在长岛(Long Island)试建首座名为「特斯拉线圈」(Tesla Coil)的电力发射塔。
该「线圈」其一特性,是能够生产出既高频又低电流的「高压交流电」。
这种「高频电流」可经由空气作远距离的「无线传电」达至另一个「接收器」处,并且对人体绝无不良影响。
特斯拉发现了「高压电流」原来转化为「高频的高压电流」后,则可以无限地将电力输送。
「特斯拉线圈」(Tesla Coil)正是运用了这种「无线传电」技术的发明,甚至它就是一种人类一直梦寐以求的「免费能源」了。
无线输电,是指不经过电缆将电能从发电装置传送到接收端的技术。
该技术最大的困难在于,如何解决无线电波在传输中的弥散和衰减问题。
对于无线通讯来说,电波的弥散可能是好事,但无线输电则恰恰相反。
1.无线输电技术原理原理将两个线圈放置于邻近位置上,当电流在一个线圈中流动时,所产生的磁通量成为媒介,导致另一个线圈中也产生电动势。
理论和经验都表明:当原边电流频率、幅值越高,原、副边距离越小,与空气相比,磁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。
但实际应用当中原副边距离不可能无限小,必须对原副边采取相应的补偿措施。
无线输电是指不经过电缆将电能从发电装置传送到接收端的技术。
该技术最大的困难在于,如何解决无线电波在传输中的弥散和衰减问题。
对于无线通讯来说,电波的弥散可能是好事,但无线输电则恰恰相反。
输电工程最关心的是效率和经济性。
无线电能传输的效率取决于微波源的效率、发射/接收天线的效率和微波整流器的效率,其经济性如何,依赖于所用频段的微波元器件的价格与有线输电系统所用器材价格的比较,也与具体的输电网络的参数有关系。
2.无线输电技术应用前景人们一直在寻找一种无线传输电力的方法。
试想一下,如果没有在导电产品上花费的资源,电价会便宜多少。
世界每天都在变化,科学技术革命正在向前发展。
现在,我们已经可以通过该领域的新发展判断,很快人们的梦想将实现。
这很可能是与计算机开发相同的突破。
而且,如果您是投资者,那么使用此技术也可以赚大钱。
目前,这是优先任务之一,因为它具有巨大的潜力,并且能够在民用和军事领域积极使用。
由于电流会通过空气或地面流动,因此您可以完全放弃电线。
不再需要笨重的电池,设备将变得更加紧凑。
此外,制造商将提供改进的便携式设备。
技术领域我们正在谈论与新方法的开发以及无材料接触的电力传输方法相关的最有希望的领域。
超声波法该技术在十年前得到了证明。
宾夕法尼亚大学的学生使用了超声波发射器和接收器来演示他们的实验。
无线输电技术我们知道,随着科技的飞速发展,传统的污染严重的,利用率低,成本高的不可再生能源已经在逐渐的退出我们的生活,与此同时,许许多多的科学家也在不断地寻找着新的高效节能的能源来取代传统的能源,而在众多的能源中,电能在现在占据着重要的地位,那么,则就有必要对电能的开发利用进行深层次的探讨,在上课时注意到老师讲的无线输电技术,感觉挺有意思,于是作业就以无线输电技术为题。
以下先提到电动汽车,然后引到无线输电技术。
纯电动汽车是现在最有可能大规模推广应用的,电动汽车主要采用电力驱动的汽车。
利用蓄电池作为储能动力源,通过电池向电机提供电能,驱动电动机运转,从而推动汽车前进。
纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机,蓄电池相当于原来的油箱。
其动力系统很简单:电池组—电动机—车辆传动系。
我国在纯电动汽车研发中,本土汽车厂商已经掌握了一定相关技术实力。
我国纯电动汽车的研发与国外基本处于同一起跑线上,技术水平与产业化差距较小。
由于电动汽车具有无污染,噪音低,易于操控,维修等优点,所以,对电动汽车的研究的主要问题就在于电池的开发与利用保护,而现如今的特斯拉公司则是行业的翘楚,最然现在电动汽车还未收到普及,但我相信,在不久的将来,一定会可以实现。
而如果电动汽车得到了普及,那么随之而来的又会出现新的问题,即电动汽车的充电放电的系统的管理,现如今已经有研究人员提出了无线输电的想法,通过电磁波进行电力的无线传输,以此来改变传统上通过笨重且成本高占地大不美观的电线传输电能的方法,假如在将来的某一天实现了电能的无线传输,那么就可以像现在的国家电网系统,建立一个电动汽车的充放电系统,每个用户在购买汽车的同时,便加入到电动汽车电动电力管理系统,在平时的使用过程中,用户将汽车的电量使用情况通过互联网反馈到电力管理系统中,再由电力管理系统通过无线传输给用户进行充电,然后用户进行网络的支付等后续的付款业务,这样,就实现了电动汽车的电力和管理的问题,可以节省许多的时间,提高效率。
无线输电基本原理及应用研究一、本文概述无线输电,也称为无线电力传输,是一种不通过传统导线进行电力传输的技术。
近年来,随着科技的飞速发展和人类对可再生能源利用的追求,无线输电技术已成为全球研究的热点。
本文旨在探讨无线输电的基本原理,包括其理论基础、技术实现以及应用前景。
我们将首先概述无线输电的基本概念和发展历程,接着深入探讨其技术原理和实现方式,包括电磁感应、电磁共振、以及微波输电等。
我们将分析无线输电技术在各领域的应用研究,包括电动汽车、智能家居、以及远程能源传输等,展望其未来的发展前景。
希望通过本文的阐述,能够为读者提供一个全面而深入的无线输电技术理解,为其在实际应用中的推广和使用提供参考。
二、无线输电基本原理无线输电,又称作无线电能传输或非接触式电能传输,是一种利用电磁场实现电能从一端传输到另一端而无需物理连接的技术。
其基本原理主要基于电磁感应或电磁共振。
电磁感应是无线输电的早期应用形式,常见于感应式充电或电动牙刷等非接触式充电设备。
其工作原理是,在发送端通过高频交流电产生变化的磁场,当接收端的导体处于这个变化的磁场中时,会在导体中产生感应电流,从而实现电能的传输。
这种方式的传输距离相对较短,一般限制在几厘米到几米之间。
电磁共振无线输电技术,又称为磁耦合共振无线输电,其理论基础是电磁场中的共振现象。
发送端和接收端各自有一个谐振电路,当它们的频率调至一致时,会产生强烈的电磁场耦合,从而实现高效的电能传输。
这种方式的传输距离更远,可以达到几米甚至几十米的范围。
无线输电技术不仅具有便捷性和灵活性,避免了传统有线输电的束缚和限制,而且在实际应用中还展现出在特殊环境如水下、空间等中的独特优势。
然而,无线输电技术目前仍面临传输效率、传输距离和安全性等方面的挑战,需要进一步的研发和优化。
三、无线输电技术分类无线输电技术可以根据其实现方式和传输原理的不同,大致分为以下几类:电磁感应式无线输电:这是最基础且最广泛应用的无线输电技术。
到了2011年初、无线充电技术经过数年的推广与演进后开始受到各界瞩目。
无线充电是指具有电池的装置透过无线感应的方式取得电力而进行充电,其方便性可以让消费者愿意支付额外的费用购买无线充电相关产品;因为有商机才会有厂商愿意投入相关产品开发,目前可以知道非常多知名品牌厂商已经将无线充电这个功能列入新一代的产品的规格之一。
由于这产技术相当新颖且各厂商有自己对技术的表述,所以无线充电、感应式电力、非接触充电、无接点充电都是泛指相同的技术,距离1mm到数公尺都是一样是无线,供电端与受电端交互作用就称感应,所以无线充电是广义的名词没有一定的规格。
原理简单·实作困难无线充电的方法在实验阶段有开发出很多方法,但目前唯一有机会量产商品化为线圈感应式。
线圈感应式的原理很简单,是百年前就被发现物理现象,但过去长久以来这样的线圈感应只运用在绕线式的变压器中。
早期就有人发现将绕线式的变压器的将“E”型铁心绕线后对向紧贴后接上市电就可以感应传电,但距离略为分开后感应效果就消失,这是因为在市电60Hz下,电磁波传递会随着距离增加能量快速衰退。
在现今的应用中,由于装置本身需要有外壳包装,发射端加上接收端的外壳厚度至少从3mm起算,早期电动牙刷产品开发时就发现当距离拉开后需要将线圈上的操作频率提高才能让电力能传送的更远;在电磁波中有一个特性,就是频率越高的电磁波可以传送比较长的距离后能量衰减较低。
后来RFID应用开始发展,主要就规划的三个频段LF低频(125~135 KHz)、HF高频(13.56MHz)、UHF超高频(860~960MHz)可以使用,而这些频段也造就了目前无线电力系统在设计之初频率采用的参考点。
早在10年前电动牙刷的无线充电就已经上市,当时的传送功率小、充电时间长,在现在的智能手持装置的耗电状况来看,当时的充电能量不敷使用所以10年来还无法实用化。
但这几年来发展出新的技术可用较高的“共振”接收效率运作方式,由于这个技术较新所以各界的说法很多,但都是有一个很重要的特性,就是接收线圈上都会有配置电容来构成一个具有频率特性的接收天线,在特定的频率下可以得到较大的功率移转。
这部份就跟早期的电磁感应不同,当距离拉开后依然就可以得到良好的电力传送效果。
共振的原理非常简单,就跟钢琴调音师一样放不同水量的玻璃杯,在精准的调音下可以将某个玻璃杯透过共振将其振碎;但其它的文章都没有提到,若是没有经过专业钢琴调音师训练的一般人,可能永远也调不出可以让玻璃杯振碎的频率!这就是原理简单、实作困难。
展示简单·上市困难电子零件出厂时就像是未调过音的钢琴,钢琴透过专业的调音师精准调校后可以发出高品质的声音;当大量生产后为了成本考量可能就无法在每一个产品都经由专业人员调校再出货,如果每一个产品都要专业人员来修正那就会有困难,因为专业人员有限。
这就跟目前可以看到很多无线充电产品在很久前就发表了,在发表会上产品都可以完美演出,但过了很久的等待后还没见产品上市?就跟刚提到的例子一样,无线充电的产品为了达到很好的共振效果必需经过精准的调校,在这样的状况下量产会变的非常困难。
所以无线充电系统的设计首先必需要能针对共振这部份能自我调整,这样才能解决量产难题。
2008年INTEL即发表了可以离一公尺距离的两个线圈传送电力用以点亮60瓦特灯泡,发表当时也宣告了无线电力时代已经到来;但三年过去了相关产品还是没有上市,仔细想一下可以相距一公尺传送电力,这么强大的电磁能量就算对人体没影响、对周遭的电气制品会有非常大的杀伤力。
无线电力系统的原理与烹调电磁炉相同,透过电磁波来传送能量只不过目标不同,电磁炉使用频率约50KHz能量发出后给锅具加热用已烹饪,过去网络上就有流传过一段影片就是将手机放在运作中的电磁炉表面上,在短时间内手机即烧毁,这样的原理一样电磁波会穿过手机外壳直接对内部的金属构造加热终至烧毁。
前文题到过,为了加长传送距离必需提高传送频率,电磁炉的频率较低在离开数公分后就衰减到安全界限以下,INTEL发表的相距一公尺传送电力必需将频率提高到约13MHz才能传送,在这个状况下线圈之间若是存在金属物体将会被加热而发生危险,表演中工作人员可以站在两个线圈中间不会有危险,是因为人体内的金属成份很少所以温度上升有限。
当电磁波频率加到1GHz以上就会直接对水分子加热;这个原理就变成微波炉了,水分子被电磁波搅动后发出热量。
所以微波炉与电磁炉不一样,必需在屏蔽体内操作避免为害到人体。
这部份又与市面上的无线通讯产品不同,因为能量差距甚大;无线电力系统需要传送电力而发送到受电装置所以需高功率传送,无线通讯产品收到低功率讯号后再透过内部的电池将讯号放大处理。
所以不管是在13MHz会对金属加热或是1GHz以上直接伤害人体,无线电力在设计时必需解决安全的问题才能上市,这就是展示简单、上市困难。
三大效能指针效率、安全、功率电动牙刷早在10年前就堆出无线充电了,当时由于功率需求低所以不需要考虑效率与安全。
早期的系统转换效率只有20%-30%,且没有安全机制并不会辩识目标连续供电,这样的系统就与微型电磁炉一样。
由于功率很小,接收需求只有0.1W上下,只有20%的转换效率下即有80%的能量于传送中转成热量散逸,这样推算发射器提供0. 5W的能量到接收器为0.1W的能量,0.4W产生的热量有限对系统的温度上升不明显,且系统最大输出能力也不大即0.5W,所以在发射器上放置金属异物也不会产生危险;但今日的装置需求远高于0.1W,以热销的智能型手机来看接收需要5V-1A 即5W的充电能量,若用电动牙刷的系统进行设计问题就会很大了,接收端5W的需求在只有20%的转换效率下有20W的能量转换成热能散逸,这样的能量会产生庞大的热能会导致系统温度大幅上升,在这样的推算下,系统最大输出能力会在25W,若为无安全设计下于发射器上放置金属异物可能会导致火灾意外,所以在功率需求提高后衍生的问题需要全新的设计来完成无线充电,所以10年前即出现的无线充电到今还改良之中。
新设计的系统需为了达到目标功率,必需先解决效率与安全的问题。
高转换效率仰赖先进规格零件与材料现今无线充电系统都采用共振的方式进行设计,在架构上都大至相同有下列这些构造:发射器内有1. 直流电源输入;2. 频率产生装置;3. 切换电力的开关;4. 发射的线圈与电容谐振组合接收器内有A. 接收的线圈与电容谐振组合;B. 整流器;C. 滤波与稳压器;D. 直流电源输出在样的架构下从发射器的1.直流电源输入到接收器 D.直流电源输出应过的每一个环节都是效率损耗的要点,在电源电路中电流通过的每一个有阻抗特性的零件都会在上面损耗部份能量,这几年材料的进步也让无线充电的实用化大增,其中有几样先进零件是无线充电系统中与传输效率相关的,为了达到高转换效率需要将这些零件与材料作组合运用。
a. 频率产生装置:目前有数家公司将此部份开发成IC销售,其为发射电路板上的关键零件。
b. 切换电力的开关:大多为MOSFET所构成,低导通阻抗与高切换速度是选用的要点。
c. 发射/接收的线圈与电容谐振组合:此部份为过去从未出现过的技术,由于无规则可循所以只能透过不断的尝试,另外未了阻绝多于的能量散到其它地方,于线圈的未感应侧都会家上磁性材料,这类的材料特性也是全新的应用。
d. 整流器:由于在线圈上的操作都是高频率、高电压的能量讯号需要能有效的换成直流电才能给受电装置使用,目前大多采用超低VF 的萧特基二极管所构成。
e. 滤波与稳压器:这部份难度在接收装置空间有限,设计上要小型化的困难处,通常高转换效率的电路配置大体积被动零件。
设计最艰难的部份在于安全先前提到无线充电系统与电磁炉一样会发射电磁波能量,这有两大问题:其一为当发射器上没有放目标充电装置时一样在发射能量,长时间下会造成能源的浪费,不符合现在产品节能的趋势。
另外一个问题较严重,为当发射器上放的是金属异物,电磁波对其加热;这个状况轻则烧毁装置,重则发生火灾危其人员生命财产。
所以无线充电系统若要上市销售,必需要有一个重要的功能即为「受电端目标物辨识」,当正确的目标物放置在发射器上才开始送电,若不是的话则不送电。
用来侦测近距离装置的方法有很多,但在无线充电系统上有一个问题就是无法采用昂贵的零件来完成这个功能,记住目前设计的只是一个充电器,若成本太高的话市场会无法接受这个功能。
而目前有两个实用的方法来完成这个功能:1. 磁力激活:在受电端上装一个磁铁,当发射端感应到磁力后开始发送能量,这个方法简单有效,因为没有人会无意中放一个磁铁在发射器上让它烧毁。
2.感应线圈上的资料传送:这是目前认为最安全的方法,与RFID的原理相同,利用两个线圈内的电力传送中,包含资料码一起传送;这个方法最安全也是最难完成的,因为感应线圈上有高能量的电力传输、另外还包含了系统的噪声与负载电流变化的干扰,如何有效的传送资料码是一大难题。
可变功率系统需建立在数据传输机制上一个理想的系统为在无线充电发射器上放置不同的接收器,接收器可为不同的装置从小电力的耳机到大功率的笔记型计算机,都应该要能对应不同的目标物;但每个接收装置的电力需求都不一样,这时发射器必需要能自动调节功率输出。
但这样的功能要建立在发射器与接收器要能够传送资料码来进行沟通,所以如何运用感应电力的线圈进行资料码传送是研发的要点。
关于这个技术数年前已经有多家公司投入开发,其每家公司的方法有差异在实作上的稳定性也需要再经过验证。
无线充电共通标是理想却难以实现目前有业者在推行无线充电标准,理想化的标准是可以跨品牌使用。
这个是一个很理想化的目标,所谓的标准就针对两个部份需要规范才能运作;第一就是要有共通的共振频率,电力传输是需要透过预设好的共振频率来传送,发射器提供的电磁波能量之频率需要是接收器的共振频率才能得到好的转换效率。
第二就是标准的资料传送码或其它识别激活方式,发射器需要对应到正确的接收器才能开始送电。
一个共通的标准的确是市场所期待的,目前在推动无线充电标准化的团体已经运作多时,但在市面上的产品还算少见,这部份可以深入了解后可以发现一些问题,一部份是其标准尚未完整以致研发人员照规格书开发确无法顺利将产品完成;另一个问题是该标准并不是免费的,当产品上市前需要先支付相关专利的权利金,所以共通标准是未来的趋势,但目前实际应用还未成熟。
三大关键组件牵动三个产业链就无线充电产品看有三大关键组件,其中有控制电路板、感应线圈、磁性材料。
目前无线充电尚在起步阶段,市场预期接下来的二到三年会开始高度成长,而四年后将会变成品牌商品的标准备规格之一。
这个市场的成长会牵动的产业链不只在电子产业,感应线圈需要精密治具生产这牵动的是机械工业,线圈上需要运用高效能电磁波屏蔽能力的磁性材料这牵动的是化学工业。