开元棋官方正版下载 【电力新视界】中国电科院魏斌等:无线电能传输技术解析
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无线电力传输技术
介绍
说到用电设备的供电,人们常常想到的第一印象就是用电设备拖着一条长长的电线“尾巴”。生活中,线缆走线杂乱、电源插头频繁插拔、充电接口标准不一等问题长期困扰着人们的生活。就像摆脱有形介质束缚的无线通信技术一样,摆脱“电线”的烦恼,实现电能的无线传输,一直是人类多年来的美好追求。
手机充电现状
无线电力传输技术
无线电力传输(WPT)技术就是在这种背景下应运而生的。它可以有效解决一些便携式电器如笔记本电脑、手机、音乐播放器等移动设备的便捷取电问题,避免了传统依靠直接接触导体供电带来的安全隐患。在一些特殊环境,如矿井、水下等不宜拖拉电线的场所,以及孤岛、山地基站等难以架设电线的地区,该技术提供了安全可靠的供电方法。
可以说,无线电力传输技术是能源传输和获取的革命性进步,因此被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。
无线电力传输的历史
无线电力传输的历史可以追溯到1901年,被誉为无线电力传输之父的塞尔维亚裔美国科学家尼古拉·特斯拉在纽约长岛建造了第一座无线电力塔——沃登。 Cliff Tower 并进行了无线供电实验kaiyun官方网站登录入口,尽管该项目最终失败了。
一个多世纪后的今天,为了适应时代的需要,无线电力传输的研究迎来了新的活力。该技术也在现实生活中得到了源源不断的应用——从电动牙刷、智能手机、家用电器到电动汽车。 、太阳能发电站等。各界巨头纷纷加入研发行列。
图1 特斯拉建造的Wardenclyffe Tower
无线电力传输技术的几种方法
从具体技术原理和方案来看kaiyun.ccm,当前无线电力传输技术主要包括电磁感应、磁共振、电场耦合、微波四种基本方法。这些技术分别适用于短距离、短距离、中距离和远距离电力传输。
(1)电磁感应式
目前最成熟、最常见的是电磁感应式。它的基本原理是利用电磁感应原理,类似于变压器。供电端和受电端各有一个线圈。初级线圈中流过一定频率的交流电流。由于电磁感应,次级线圈中产生一定的电流,从而将能量从发射端传递到接收端。该技术供电距离较短,一般控制在厘米级。是目前市场上比较成熟的技术。利用这一原理的一些手机和小型电子元件的无线充电已经开始商业化。
图2 电磁感应无线电力传输技术在手机充电中的应用
(2) 磁共振型
磁共振式又称近场共振式kaiyun全站网页版登录,由能量发送装置和能量接收装置组成。当两个设备调整到相同频率时,它们可以相互交换能量。其原理与声音的共振原理类似。当供电线圈和受电线圈的谐振频率相同时,可以从一个线圈向另一个线圈供电。该技术传输功率大、传输距离远、传输效率高达90%。以上优点使其成为一些科技公司追逐的热门话题。近年来发展迅速。目前主要应用于电动汽车等大功率应用。在设备中。
图3 磁共振无线电力传输系统结构原理示意图
图4 磁共振无线电力传输技术在电动汽车充电中的应用
(3)电场耦合型
电场耦合型是基于电场耦合原理。通过彼此相对放置的送电侧电极和受电侧电极,利用两个电极之间产生的感应电场来提供电力。具有抗水平错位能力强的特点。在电容耦合无线充电中,为了提高效率,耦合过程中需要提高电压。如图5所示,耦合电极间最大电压为1.5~2kV。高电压会增加用户触电的风险。因此,电容耦合无线电力传输技术尚未被大众广泛接受,其研究还处于初步阶段。虽然在部分手机、平板电脑上已经有了应用案例,但其安全性能还有待进一步提升。
图5 电场耦合无线充电系统工作原理图
(4) 微波型
微波无线电力传输的原理是将电能转化为微波,然后由天线发射出去。电磁波通过自由空间传播并被接收天线收集。由于微波具有相对较短的波长和良好的方向性,因此可以用于远距离传输电能。微波无线电力传输可以实现数十公里范围内的无线能量传输,但其成本昂贵、传输效率极低,其可靠性有待进一步验证。未来随着技术的进步,该技术有望成为远距离电力传输的重要方法。发展方向。
图6 太阳能电站微波无线电力传输示意图
无线电能传输未来发展和应用的关键问题
近年来,随着关键技术的研究和技术突破,无线电力传输技术取得了良好的发展。除上述内容外,该技术在小家电、智能电网、移动机器人、无线传感器网络、人体植入医疗器械、军事领域等方面也具有广阔的发展前景。然而,要实现无线电力传输的应用技术在更广泛领域的应用,应在以下几个方面取得突破:
(1) 提高传输性能
就目前的技术水平而言,无线电力传输系统的有效传输距离、效率、功率等技术指标仍不能满足大规模推广应用的需要。目前无线供电端无法到达无线网络的覆盖范围。供电端和受电端虽然没有物理接触,但仍然不能距离太远,否则传输效率会大大降低,甚至无法传输。更高的传输效率、更大的传输功率和更长的传输距离是需要重点突破的方向。
(二)消除公众对电磁暴露的疑虑
就像现在人们关心Wi-Fi无线信号和高压传输电缆是否有干扰、辐射等副作用一样,很多人在谈到无线电力传输技术时仍然谈论“无线”。虽然没有权威证据证明无线电力传输中产生的电磁波对人体造成辐射损害,但公众肯定会高度关注这个涉及人体健康的问题。这个问题如果不解决,将极大影响公众对广播的认识。传递对技术的信任的能力。针对无线电力传输系统电磁安全研究空白,2017年,中国电力科学研究院联合国家电网公司、科研机构、中国医学科学院等单位,启动大功率无线充电系统电磁安全评估与测试方法研发项目。相信随着科学研究的深入,公众对于无线电力传输电磁暴露的疑虑可以尽快消除。
(3)无线电力传输标准的统一
无线电力传输技术的普及需要形成国际标准,不同厂商的产品必须兼容、互操作。在低功耗无线充电领域,市场上逐渐形成了以Qi、PMA、A4WP为代表的三大主流标准。不过,随着手机、平板电脑、笔记本电脑等无线充电产品大量进入市场,这三个标准并不适合普通人。对于消费者来说,仍然存在一些不便。在大功率无线充电领域,2016年5月,美国标准化组织SAE发布了第一个插电式混合动力和纯电动汽车无线充电技术的行业标准——SAE TIR J2954,意在推动全球统一标准。行业。加强行业管理和指导; 2016年,在国家标准委员会和中国电力企业联合会的支持下,中国电力科学研究院牵头编制了三项电动汽车无线充电国家标准,预计将于2018年发布。各功率等级的传输技术日益成熟,无线电力传输标准的市场竞争将逐渐凸显,行业推出统一标准是必然趋势。
无线电力传输研发团队
中国电力科学研究院储能与电气新技术研究所无线电能传输研究团队现有员工12人,其中博士5人,硕士5人。他们的专业背景包括电力系统、电磁场分析与计算、高频电力电子、新电磁学等。是材料、自动控制、机械与自动化等多学科领域学术水平较高、年龄结构合理、知识结构全面、专业水平较高的战略性前瞻性技术领域科技创新团队。是目前国家电网公司唯一一支立足于电网行业背景,专业从事无线电力传输基础理论与应用技术研究、关键器件开发、工程咨询服务、实验测试、研究范围包括无线电能传输及其应用。科学技术相关领域的方方面面。
团队研制出公司系统首套六套多谐振频率中短距离100瓦电磁共振无线电力传输测试样机,并牵头参与国家无线输电技术研究、规划和标准制定路线图电动汽车无线充电标准体系。编制多项电动汽车无线充电国家标准,先后成为“全国家用电器标准化技术委员会无线电力传输家用电器分技术委员会”、“大中华区无线充电产业联盟”及会员单位“大功率无线输电产业联盟”,实验室相关骨干人员均为国际电工委员会电动汽车无线充电系列标准工作组成员。
团队在中短距离磁共振无线电力传输系统优化设计、磁力传输部件研发与制造、固定式关键部件研发、系统集成、工程设计与实施等领域取得了显著成果。以及电动汽车的移动无线充电。 ,具有较高的行业地位。
撰稿人:中国电力科学研究院电气工程研究所魏斌、王松岑