非接触式电能传输技术概述
非接触电能传输关键技术研究
非接触电能传输关键技术研究
成果简介:
非接触电能传输技术是新型电源接入模式,是实现移动设备灵活供电的理想方案,有重要的理论价值和广泛应用价值。
本项目围绕非接触电能传输相关关键技术展开研究。
所取得的研究成果包括:a.提出一种基于包络线调制原理的AC-AC高频变换拓扑,实现交流能量揄入至交流能量输出的直接变换,提出了系统能量转换效率。
b.提出一种软开关变换电路广义频闪映射非线性建模方法及稳定性判定方法。
在此基础上,提出一种非接触电能传输系统谐振软开关工作点计算方法,能快速确定系统的软开关工作点。
c.提出一种具有最大磁场强度自动跟踪及整定能力的多自由度拾取模式与转换技术,保证了移动设备在多自由度运动条件下最大能量传输。
d.为实现最大功率传输,提出感应电能耦合传输系统互感耦合参数的分析与优化方法,为原副边能量耦合机构设计提供了依据。
高效率非接触式电力传输系统设计与实现
高效率非接触式电力传输系统设计与实现随着科技的发展,电力传输已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
传统的电力传输方式主要基于导线输电,但这种方式存在一些问题,比如需要大量的电缆、存在电力损耗、难以在某些环境中布线等。
为了克服这些问题,非接触式电力传输系统应运而生。
本文将介绍一种高效率的非接触式电力传输系统的设计与实现。
非接触式电力传输系统采用了电磁感应的原理,通过电磁场的耦合实现电能的传输。
这种方式不需要直接接触导线,因此可以避免电线的插拔和磨损,提高了使用的便捷性和安全性。
首先,设计一个高效率的非接触式电力传输系统,需要选择合适的电磁感应方案。
常见的电磁感应方案有谐振式和非谐振式两种。
谐振式电磁感应系统通过调节电容和电感器的组合来达到谐振,提高传输效率;非谐振式电磁感应系统则利用功率与电压的法则实现电能的传输。
根据具体的需求和应用场景,选择合适的电磁感应方案是关键。
其次,非接触式电力传输系统的设计需要考虑功率传输的效率。
高效率的功率传输可以减少能量的损耗,提高系统的效能。
为了实现高效率的功率传输,需要合理设计传输装置的结构。
传输装置包括发射端和接收端两部分,发射端通过电源和适当的电路将电能转换为高频交流电能,然后通过发射线圈产生电磁场。
接收端则通过接收线圈接收电磁场,并将电能转换为可用的直流电能。
在设计传输装置的结构时,需要考虑线圈的尺寸、电路的匹配和功率的传输效率等因素。
另外,为了保证非接触式电力传输的安全性,还需要考虑防止电磁泄漏的问题。
电磁泄漏可能对周围的电子设备和人体产生干扰和危害。
为了防止电磁泄漏,可以采用合适的屏蔽材料和结构,在发射线圈和接收线圈之间设置屏蔽层,减少电磁泄漏的概率。
此外,还可以在发射端和接收端设置电磁屏蔽装置,进一步减少电磁泄漏。
最后,设计非接触式电力传输系统需要考虑实际应用和成本。
根据实际需求,设计可扩展和灵活的系统,满足不同场景和功率需求的要求。
同时,还需要考虑系统的成本,包括制造成本和维护成本等。
非接触式电力传输技术的研究现状及应用
非接触式电力传输技术的研究现状及应用非接触式电力传输技术是一种将电能从发电源传输到接收器而无需使用传统有线电缆的技术。
这种技术可以通过电磁感应、电磁辐射、电磁波传播等方式将电能传输到需要的地方,实现无线供电。
非接触式电力传输技术已经取得了一定的研究进展,并在一些领域得到了应用。
目前,非接触式电力传输技术主要应用于以下几个方面:1.避免电线绕道安装:非接触式电力传输技术可以避免传统有线电缆的繁琐安装,尤其对于一些难以布线的场合非常适用,比如高速公路、铁路、建筑物外墙等。
通过将发电器件安装在地面或上方,可以直接通过电磁波将电能传输到需要的设备,实现无线供电。
2.无线充电技术:非接触式电力传输技术在无线充电领域有着广泛的应用。
通过将发电源和接收器件,并利用电磁感应原理将电能传输给无线充电设备,可以实现手机、电动汽车、无线耳机等设备的无线充电。
这种技术方便实用,为用户提供了更多便利。
3.电动汽车充电技术:非接触式电力传输技术在电动汽车充电领域也起到了重要的作用。
通过在停车位地面或停车库顶部安装无线充电设施,可以实现电动汽车的无线充电。
这种技术能够提高电动汽车的充电效率,缩短充电时间,并减少用户操作的复杂性。
4.医疗器械领域:非接触式电力传输技术在医疗器械领域的应用也较为广泛。
比如,通过将发电源和接收器件安装在医疗设备内部,可以实现对植入体、外科器械等的无线供电。
这种技术可以提高医疗设备的灵活性和便携性,并减少患者的痛苦。
尽管非接触式电力传输技术在以上几个领域已经获得了一定的应用,但仍然存在一些挑战需要解决。
首先,非接触式电力传输技术在长距离传输方面仍面临着较大的能量损耗和效率低下的问题。
其次,对于大功率设备来说,非接触式传输技术的效果尚不明显。
此外,非接触式电力传输技术还面临着安全和环境问题的挑战,如电磁辐射对人体健康的影响、能源的浪费等。
总结而言,非接触式电力传输技术作为一种无线供电技术,已经在一些特定领域得到了应用。
非接触充电原理
非接触充电原理非接触充电是一种无需物理接触即可完成充电的技术,它以电磁感应原理为基础,通过电磁场的作用将能量传输到被充电设备中,实现电能的无线传输。
这种充电方式已经在各个领域得到了广泛应用,特别是在电动汽车和智能手机等电子设备的充电方面。
非接触充电的原理是基于电磁感应的工作原理。
在传输端,通过电源将电能转换为高频交流电,并通过线圈产生一个交变电磁场。
在接收端,也就是被充电设备上,同样有一个线圈。
当传输端的交变电磁场与接收端的线圈相互作用时,会在接收端的线圈中感应出电流。
而这个电流进一步通过电路转换和调整,最终充入被充电设备的电池中。
非接触充电的优点在于其便捷性和安全性。
首先,无需物理接触,充电过程更加方便快捷。
用户只需要将电子设备放置在充电器的范围内即可实现充电,无需插拔充电线,省去了繁琐的操作。
其次,非接触充电不会产生电弧和电击等安全隐患,避免了因接触不良或者连接不稳定而引发的安全问题。
非接触充电技术的应用范围广泛。
在电动汽车领域,非接触充电可以为电动汽车提供便捷的充电解决方案。
用户只需将电动汽车停放在指定的充电区域,即可实现对电动汽车的充电,无需人工干预。
这种充电方式不仅提高了充电效率,还能减少人为操作失误带来的安全隐患。
在智能手机等电子设备的充电领域,非接触充电也得到了广泛应用。
用户只需将手机放置在配备有非接触充电功能的充电器上,即可实现对手机的充电。
这种充电方式可以避免充电口因长时间插拔而导致的损坏,同时也减少了充电线的使用,提高了充电的便捷性。
除了电动汽车和智能手机,在家庭和办公场所的电子设备充电方面,非接触充电也逐渐得到了应用。
通过将充电线圈嵌入桌面或墙壁,用户只需将电子设备放置在指定位置,即可实现对设备的充电。
这种充电方式不仅美观,而且方便快捷,提高了用户的使用体验。
尽管非接触充电技术在便捷性和安全性方面有着明显的优势,但也存在一些挑战和限制。
首先,非接触充电设备的价格相对较高,这增加了产品的成本。
非接触式电能传输技术概述
非接触式电能传输技术概述期内容:西电智慧电气杯创新大赛科技前沿最近,非接触式电能传输( Contactless Energy Transfer, CET )技术得到了广泛的研究与关注,为移动设备供电提供了新的路径,即有效避免了线缆、插头和导电滑环;对于一些诸如航空、生物医学、多传感器应用、机器人工业这样的重要领域,CET技术显著地增加了系统的可靠性,减少了装备的维护工作。
本文对基于电力电子电路的CET 技术进行了回顾与总结CET ,也通常被称为非接触式功率传输(Contactless PowerTransfer, CPT )或者无线功率传输( Wireless PowerCET 可分为:Transfer, WPT )。
根据能量传输介质的差异,声波耦合式CET 、光学耦合式CET 、电场耦合式CET 以及当前最流行的磁场耦合式CET (也称为感应式CET ),如下图所示。
接下来,本文将对这些技术的基本原理、最新进展、优缺点及应用场合进行介绍,其中将重点介绍磁场耦合式CET 技术。
1 、声波耦合式CET 技术声波耦合式CET 技术的基本原理如下图所示。
直流电能通过逆变器、发射器转换为声波,并通过空气、生物或金属介质进行传播;接收电路将接收到的声波转换为交流电能,并在整流、滤波之后供给负载。
其中的发射器、接收器通常采用压电材料实现,这种材料受到压力作用时会在两端面间出现电压。
因此,利用压电材料的这一特性可实现机械振动(声波)和交流电的互相转换。
与磁场耦合式CET 技术相比,声波耦合式CET 技术具有以特点:1 )对于任意尺寸的发射器和接收器,声波耦合式CET 技术使用的开关频率可比磁场耦合式CET 技术小得多仅为后者的Cair/Cem 倍,其中Cair 、Cem 分别为声波及电磁波在空气中的传输速度)。
因此,电力电子变流器的损耗也相对较小;2 )可在不允许电磁场存在的场合使用;3)当电能传输的方向确定时,系统体积比磁场耦合式CET 系统小;4 )通常,声波耦合式CET 系统效率比电感性系统要低;然而,当发射器与接收器距离远大于它们的半径时,系统效率要比电感性系统高。
非接触式供电系统
目录摘要 (I)Abstract (II)1 实验任务及要求 (1)1.1 实验任务 (1)1.2 实验要求 (1)1.3 实验结果说明 (1)2 非接触供电系统背景 (2)3 无线传输原理 (3)3.1微波无线能量传输 (3)3.2电磁感应式无线传输 (3)3.3 电磁共振式无线能量传输 (4)4 磁耦合谐振式无线能量传输系统 (5)4.1能量传输系统的构成 (5)4.2耦合谐振系统 (5)4.3 能量传输过程及其遵循的准则与方程 (5)5 非接触供电系统方案设计 (6)5.1 高频振荡电路设计 (7)5.1.1 设计方案 (7)5.1.2 晶振电路的工作原理 (9)5.2 功率放大器设计 (9)5.2.1 功率放大器原理 (10)5.2.2 功率放大器分类 (10)5.2.3 设计方案 (11)5.2.4功率放大器电路图 (12)5.3 AC/DC电路方案 (12)5.4 耦合线圈 (13)5.4.1 线圈电感 (14)5.4.2 线圈互感 (14)5.4.3 传输系统的最佳频率范围 (15)5.5电路总图及单元电路 (15)6方案实现与测试 (17)6.1 直流电源 (17)6.2 高频晶振振荡电路 (17)6.3 高频功率放大器 (18)6.4桥式整流电路 (19)6.5实现非接触式供电 (19)6.6 实验结果及说明 (20)六总结与体会 (22)参考文献 (22)摘要非接触供电是一种能以电气非接触方式,将功率从功率输送机提供到功率接收机的供电系统,其中功率输送组件连接到功率输送机以及功率接收组件连接到功率接收机。
功率输送组件具有用于输送功率的多个输送侧线圈以及用于接通/断开输送侧线圈的操作的多个输送侧开关。
功率接收组件具有用于接收功率的多个接收侧线圈、用于接通/断开接收侧线圈的操作的多个接收侧开关,另外,具有用于执行控制以便操作在实现最高功率输送效率的组合中的输送侧线圈的任何一个和接收侧线圈的任何一个的判定电路。
非接触式电力传输技术的研究现状及应用
非接触式电力传输技术的研究现状及应用非接触式电力传输技术是指通过无线电磁波或者磁感应等方式将电能传输到目标设备上,而无需使用传统的导线线路。
自上世纪八十年代开始,人们就在积极探索这种技术的应用,近年来,科技的飞速发展以及环保意识的增强,使得非接触式电力传输技术得到了越来越广泛的应用。
非接触式电力传输技术的研究现状目前,非接触式电力传输技术的研究已经取得了一定的进展,在应用上有了一些成果。
主要体现在以下几个方面:1、棚户区改造。
据人民日报报道,上海市政府在规划上海市城中村改造时引入了非接触式电力传输技术,将光伏发电、电动车充电等设施都纳入其中。
这一技术的应用实现了长期处于落后状态的城市棚户区的现代化变革。
2、无线充电。
目前,电动车的普及已经成为了全球的趋势,而无线充电则被看做是未来的发展方向。
美国电车制造商特斯拉公司提出的无线充电概念,即通过在停车泊位上的感应线圈,向电动汽车提供所需电能。
此外,一些手机厂商也加快了这方面的探索,例如三星Galaxy S10在推出后便内置了无线充电技术。
3、高铁无需停靠充电。
在传统的高速铁路系统中,火车需停靠车站充电,但受限于车站数量及充电设备的容量,制约了高铁系统的运行效率。
而有了非接触式电力传输的技术之后,高铁在行驶过程中也可以通过地下感应线圈进行无线充电,从而提高了运行效率。
应用前景作为一种新兴的技术,非接触式电力传输的应用前景还非常广阔。
它不仅在给消费者生活带来极大便利的同时,还有望为一些特定领域解决难题。
1、医疗设备领域。
医疗设备的传统供电方式大都采用有线方式接入,这使得设备使用出现了一定的不便。
如果采用非接触式电力传输技术,也就意味着可以取消电源线路,使医疗设备更加灵活。
这可以避免线路混乱、不便于清洁、电线松动等问题,从而使得医疗设备更加可靠。
2、航空领域。
飞机飞行时需要消耗大量的油料,如果飞机能够通过非接触式电力传输技术进行续航,就可以有效减少油料消耗及向大气环境排放的污染物。
非接触电能传输技术
非接触电能传输技术
嘿,朋友们!今天咱来聊聊这个超酷的非接触电能传输技术呀!
你说这电啊,就像个调皮的小精灵,以前咱得用那些线啊插头啊才能让它跑到咱要用的电器里去。
可这非接触电能传输技术可就不一样啦,它就像是给电装上了翅膀,不用碰就能飞过去啦!
想象一下,以后你的手机啊、电脑啊,就放在那儿,电就自己“嗖”地飞过去了,多神奇呀!再也不用到处找插头,也不用担心线缠得乱七八糟的。
这感觉,就好像是电变成了空气一样,无处不在,随时可用。
这技术啊,其实就像是个神奇的魔法棒。
它能让我们的生活变得更加方便快捷。
比如说,在一些特殊的场合,像医院啊、工厂啊,那些有很多设备要用电的地方,如果还用传统的插线方式,那得多麻烦呀,还不安全。
但有了非接触电能传输技术,就不用担心这些啦。
你说这像不像变魔术?明明没看到什么连接,电却能乖乖地跑到该去的地方。
而且呀,这技术还在不断发展呢,以后说不定能传输更远的距离,能给更多的东西供电。
那时候,我们的生活得变得多有意思呀!
你再想想,如果电动汽车也能用这种技术充电,那该多好啊!不用再到处找充电桩,车子开过去,电就自动充上了,多方便呀!而且还更安全呢,不用担心漏电啥的。
这非接触电能传输技术,真的是给我们的未来带来了无限的可能呀!它让我们的生活变得更加轻松、便捷、有趣。
难道你不期待这样的未来快点到来吗?我可是超级期待的呢!它就像是打开了一扇通往新世界的大门,让我们看到了更多的精彩和可能。
所以呀,让我们一起为这个神
奇的技术点赞,一起期待它给我们带来更多的惊喜吧!。
非接触电能传输关键技术研究
21年 期( 第1 期)・ 械 研 究 与 应 用 ・ 0 第5 总 2 2 1 机
非 接 触 电 能 传 输 关 键 技 术 研 究
孙 述
10 7 ) 0 0 0 ( 北京 矿 冶 研 究 总 院 , 京 北
摘
要: 非接 触电能传输采 用电磁耦合感应 的方式进行 电能传输 , 具有无磨损 、 可靠性高、 柔性好 、 安全性 高及使 用寿
t ro ai h n c ie p we rns iso rom a c . ei rtng te idu tv o rta m s in pe r n e d :e na t s p w rta s s in;i d c ie e n u t ;muu l n u t n e ln rta so e v t a d ca c ;p a a r n f r r i m
压器技 术 , 将线 圈整合在 电路板上 , 在保证传输 效能的基础上 , 有效减小 了传输 系统的体 积。
关键 词 : 非接 触 电能 传 输 ; 应 ; 感 ; 面 变压 器 感 互 平
中图分类号: M1 T 3
文献标识码 : A
文章编号:0 7 4 1 (0 2 0 — 18 0 10 — 44 2 1 )5 0 4 — 4
命 长的特 点。非接 触电能传输 系统研 究的主要 问题是提 高传 输效率和适 用性。建立 了基 于互感参数 的耦 舍
模 型 , 反 映 阻 抗 分 析 了初 次 级 电路 的 相 互 能 量 交 换 及 相 互 影 响 。研 究 了功 率 补 偿 的 方 法 和 适 用 范 围 , 初 用 对 次 级 绕 组 进 行 了详 尽 的 补偿 分析 , 计 了初 次 级 绕 组 的 补 偿 方 案 。 对耦 合 环 节 进 行 了 实验 研 究 , 用 平 面 变 设 利
非接触取电的原理及应用
非接触取电的原理及应用1. 什么是非接触取电非接触取电,即通过无线电波、磁场或光线等方式进行能量传输,而无需直接接触电源的一种取电方式。
相比传统的有线电源接口,非接触取电具有灵活、方便、节能等优势,因此在各种领域得到了广泛的应用。
本文将介绍非接触取电的原理,并介绍一些应用。
2. 非接触取电的原理非接触取电的原理主要有电磁感应原理、电磁辐射原理和电容耦合原理。
2.1 电磁感应原理根据法拉第电磁感应定律,当磁场发生变化时,就会在导体中产生感应电动势。
通过利用电磁感应原理,可以实现非接触取电。
例如,无线充电器就是利用电磁感应原理进行能量传输的。
2.2 电磁辐射原理电磁辐射原理是利用电磁波在空间中传播的特性进行能量传输的原理。
例如,太阳能充电器通过吸收太阳光的辐射能量,并将其转化为电能,实现对电池的充电。
2.3 电容耦合原理电容耦合原理是指在两个带电体之间通过电容进行能量传输的原理。
通过电容耦合原理,可以实现非接触取电。
例如,无线充电宝就是利用电容耦合原理进行能量传输的。
3. 非接触取电的应用非接触取电技术在很多领域都有应用,下面列举了几个常见的应用示例。
3.1 无线充电无线充电是非接触取电的一种典型应用。
通过无线充电,可以实现对电池、手机等设备的充电,而无需使用电源线连接。
这样可以减少电线的使用,提高充电的便捷性。
3.2 无线传感器网络非接触取电技术在无线传感器网络中也得到了广泛的应用。
通过非接触取电技术,可以给传感器节点提供电能,使其无需更换电池或使用有线电源。
这样可以大大延长传感器节点的使用寿命,减少维护成本。
3.3 无线通信设备无线通信设备也是非接触取电技术的应用之一。
例如,无线鼠标、无线键盘等设备可以通过非接触取电技术实现对电池的充电,从而避免了频繁更换电池的麻烦。
3.4 智能家居在智能家居领域,非接触取电技术也得到了广泛的应用。
例如,智能灯具可以通过非接触取电技术实现对电池的充电,从而减少更换电池的频率。
无线充电fod原理
无线充电fod原理无线充电FOD原理(Foreign Object Detection,外物体检测)是现代无线充电技术中一项重要的功能。
无线充电即使用电磁感应将电能传输到设备中,而FOD则是用来检测无线充电过程中是否有外物体(如金属物体)干扰的技术。
本文将对无线充电FOD原理进行详细阐述。
无线充电是一种将电能无线传输到设备中的技术,也被称为非接触式充电。
其工作原理是通过发射端产生的交变电场或磁场感应到接收端上的线圈,从而将电能传输到设备中。
然而,在无线充电过程中,可能会遇到外物体的干扰,例如金属物体放置在发射端和接收端之间,这些干扰物体会阻碍电能的传输,甚至引起电能传输时的短路和火灾等危险。
因此,FOD技术的出现就是为了能够检测出这些外物体的存在,从而保证充电过程的安全性。
无线充电FOD技术一般是通过在发射端和接收端中添加传感器来实现的。
这些传感器可以是电容式、磁感应式或超声波式的传感器。
当传感器探测到外物体时,它会发出信号或改变电路的特性,从而通知无线充电系统停止传输电能,以避免危险的发生。
具体来说,一个常见的无线充电FOD技术是通过电容式传感器实现的。
这种传感器一般由发射端和接收端中的电容板组成。
当没有外物体干扰时,发射端和接收端之间的电容是匹配的,电能可以正常传输。
然而,一旦有外物体(如金属)接近,电容板之间的电容会发生变化。
系统会通过比较接收端的电容变化情况来判断是否有外物体干扰,一旦探测到干扰将立即停止电能传输。
除了电容式传感器,还有其他一些FOD技术,如磁感应式传感器和超声波传感器。
磁感应式传感器利用接收端和干扰物体之间的磁场变化来检测干扰物体的存在。
超声波传感器则利用声波的传播速度差异来判断是否有外物体干扰。
无线充电FOD技术在现代无线充电产品中得到了广泛应用。
它不仅可以确保充电过程的安全性,防止危险的发生,还可以保护设备和传输电能的系统。
同时,FOD技术也可以提高充电效率,因为在没有干扰物体的情况下,电能传输不会受到阻碍。
(摘要)非接触电能传输关键技术研究
(摘要)非接触电能传输关键技术研究研究背景目前,电能主要是由导线直接接触,通过传导的方式传递的,针对这种传输方式存在磨损、摩擦、裸露导线、接触火花、传输线易出故障等一系列问题,非接触电能传输方式由于具有高安全性、可靠性成为电能传输领域的一大研究热点。
非接触电能传输(Contactless Power Transfer,简称CPT)技术是基于电磁感应原理,综合利用现代电力电子能量变换技术、磁场耦合技术、大功率高频变换技术,借助现代控制理论和方法,实现电能从静止电网向存在一定距离或移动设备的非接触供电,实现了移动设备灵活、安全、高效的供电问题,从而消除了传统供电方式存在的安全隐患。
非接触电能传输按传输方法可以分为感性的和容性的。
感性的非接触电能传输一般称为感应电能传输技术(Inductively Coupled Power Transfer,简称ICPT)是能量通过电磁场进行传递,而容性的非接触电能传输能量是通过电场进行传递。
本文主要是对感性非接触电能传输进行研究。
随着人们对环境保护的重视,加大了对电能的利用,如:电动汽车的广泛应用。
由于操作安全,接头可以免于维护,电动汽车的非接触式充电也成为研究的热点。
目前,国内对该项技术的研究还处于起步阶段,还未开发出成熟的产品。
但作为一项新兴的技术,其理论和实践经验都有待逐步完善。
如:传输功率的大小、系统稳定性、电磁兼容性、费用效率和可靠性等。
研究内容感应电能传输技术的工作原理为:高频电流通过原边载流线圈产生交变磁场,交变磁场与副边感应线圈相耦合产生感应电动势,从而利用产生的电动势来驱动负载。
系统由原边回路和副边回路两大部分组成,原边和副边是分离的,原边回路是电能发送电路,实现电能的高频逆变与电磁波能量转换,主要由整流滤波电路、高频逆变电路和发送线圈组成;副边回路是能量拾取并向用电设备供电的电路,主要由电能拾取机构和功率变换电路组成。
工作原理如下图所示。
感应电能传输技术的功率传输效率和工作稳定性是最关键的核心技术。
非接触式充电技术在电子与电气工程中的应用
非接触式充电技术在电子与电气工程中的应用引言:随着科技的不断进步和人们对便利性的追求,非接触式充电技术在电子与电气工程领域中得到了广泛的应用。
这项技术不仅可以为电动车、智能手机等设备提供便捷的充电方式,还可以改善电力传输的效率和安全性。
本文将探讨非接触式充电技术在电子与电气工程中的应用,并分析其优势和挑战。
1. 非接触式充电技术的原理非接触式充电技术是一种通过电磁感应或电磁辐射的方式,将电能从发射器传输到接收器的充电方式。
其原理是通过发射器产生的电磁场,将电能传输到接收器上,从而实现无线充电。
这种技术可以消除传统有线充电方式中的插拔操作,提供更加便捷和安全的充电方式。
2. 电动车充电技术的应用非接触式充电技术在电动车领域的应用已经取得了显著的进展。
传统的电动车充电方式需要通过连接电缆进行充电,不仅操作繁琐,还存在安全隐患。
而非接触式充电技术可以通过电磁感应的方式,将电能从地面传输到车辆上,实现充电过程的无线化。
这种技术不仅提高了电动车充电的便捷性,还可以减少充电过程中的能量损耗,提高充电效率。
3. 智能手机无线充电技术的应用随着智能手机的普及,无线充电技术也成为了人们关注的焦点。
非接触式充电技术可以为智能手机提供便捷的无线充电方式,使用户无需通过连接电缆进行充电,只需将手机放置在充电器上即可实现充电。
这种技术不仅方便了用户的使用,还可以减少电缆的使用量,减少电子垃圾的产生,对环境保护具有积极意义。
4. 非接触式充电技术的优势非接触式充电技术相比传统有线充电方式具有多个优势。
首先,它可以提供更加便捷和安全的充电方式,减少了插拔操作带来的磨损和安全隐患。
其次,非接触式充电技术可以提高充电的效率和能量传输的稳定性,减少能量损耗。
此外,这种技术还可以减少电缆的使用量,对环境保护具有积极影响。
5. 非接触式充电技术的挑战尽管非接触式充电技术在电子与电气工程领域中具有广泛的应用前景,但仍然面临一些挑战。
首先,技术的成本较高,需要投入大量的研发和生产成本。
非接触供电技术及水下应用
非接触供电技术及水下应用非接触供电技术是一种通过电磁场或无线能量传输的方法,实现对设备进行供电而无需直接连接电源线的技术。
这种技术的应用广泛,包括水下应用。
接下来,我将详细介绍非接触供电技术及其在水下应用中的重要性和优势。
非接触供电技术主要依靠电磁感应原理进行能量传输。
当一个电源端产生交流电流时,通过电磁感应作用,能量可以被传输到接收端,进而为设备提供电能。
这种技术常被用于充电设备,例如无线充电器。
非接触供电技术有以下几个关键优势:1. 简化供电过程:使用非接触供电技术可以省去传统有线连接电源的麻烦。
例如,当我们使用无线充电器给手机充电时,只需要将手机放在充电器上方便即可,无需再连接充电线和电源插座。
这种无线充电方式大幅度简化了供电过程,提高了供电的便捷性。
2. 提高设备的可靠性:非接触供电技术减少了电源和设备之间的物理接触,从而减少了由于接触不良或连接线故障导致的供电不稳定和设备损坏的可能性。
此外,由于非接触供电技术能通过空气中的电磁场进行能量传输,因此设备的外部封装可以更好地保护设备内部的电子元件,提高了设备的可靠性。
3. 提供更高的安全性:由于非接触供电技术无需使用电源线进行供电,因此可以减少电器及人体之间的直接接触。
这种技术可以降低电击和火灾的风险,提高了使用设备的安全性。
在水下应用中,非接触供电技术具有特殊的重要性和优势。
传统的有线供电方式在水下应用中受限制,因为水和电能的直接接触可能会引发电击事故。
而非接触供电技术可以通过电磁场或无线能量传输的方式,在水下环境中为设备提供稳定的电能。
非接触供电在水下应用中可以广泛应用于海洋研究、水下通信、水下设备供电等领域。
例如,科学家们可以使用非接触供电技术给潜水机器人或水下观测设备供电,从而实现长时间或连续的水下探索和监测任务。
无线供电可以消除由于有线连接易受到水流、污染物和海洋生物的干扰导致的设备故障的问题。
同时,非接触供电技术还可以用于水下通信系统。
攻读博士研究计划书
攻读博士研究计划书一、拟开展的研究课题非接触电能传输技术是一种借助于空间无形软介质(如电场、磁场、微波等)实现将电能由电源端传递至用电设备的一种供电模式。
该技术是集电磁场、电力电子、高频电子、天线技术、耦合模理论等多学科交叉的基础研究与应用研究,是能源传输和接入的一种革命性的进步。
非接触电能传输大致上可以分为三类:电磁感应式无线电能传输、微波式无线电能传输、磁耦合谐振式无线电能传输。
其中,电磁耦合谐振无线电能传输技术是国内外研究的热点,源源不断的学者投身于研究之中。
越来越多的新方法、新理念层出不穷。
1.1磁耦合谐振式电能传输磁耦合谐振基于近场强耦合的概念,基本原理是两个具有相同谐振频率的物体之间可以实现高效的能量交换,而非谐振物体之间能量交换却很微弱。
电能接收器与发射源采用具有相同谐振频率的感应线圈,发射源由振荡电路激发感应线圈产生交变磁场,当具有相同谐振频率的接收端感应线圈进入磁场时,在接收线圈上产生磁谐振,在接收装置中不断集聚能量,提供给负载使用,从而实现能量传递。
1.2存在的问题电磁耦合谐振式无线电能传输技术研究正处于起步阶段,很多问题亟待解决,主要包括:1、整体提高系统传输电能的功率、效率问题(包括负载匹配特性、最大效率匹配与最大功率匹配研究)。
2、提高系统传输电能的距离问题,解决增大传输距离与减小传输装置体积的矛盾。
3、系统的稳定性问题。
4、高性能、大功率射频源电源开发问题(包括高频电能变换技术、软开关技术、效率、器件热管理技术等)。
5、电磁兼容性问题。
二、拟开展的课题研究意义2.1研究现状日本学者Takehiro Imura课题组针对kHz至GHz频带内不同点的电磁耦合谐振式无线电能传输系统进行了建模与仿真,并对螺旋线圈谐振器的传输效率与相对位置之间建立函数关系和实验研究。
美国斯坦福大学Fan Shanhui领导的科研小组在《Applied Physics Letters》上发表文章“Wireless energytransfer with the presence of metallic planes”,该文章中通过数值模拟方法得出结论:即使线圈间距达到6.5英尺(约1.98米)无线电能传输效率仍能达到97%。
浅析轨道交通装备中的非接触式供电技术
浅析轨道交通装备中的非接触式供电技术摘要:非接触式供电是轨道交通领域的研究热点,本文首先阐述了现有接触式供电技术的局限性,然后介绍了三种基本的非接触式供电方案;然后,针对更适用轨道交通领域的电磁感应耦合式电能传输技术,详细分析其系统结构、原理、面临的部分问题;最后,对非接触式供电技术在国内外轨道交通装备中的应用进行了介绍。
关键词:轨道交通;非接触式供电;电磁感应耦合式;应用0 引言数据表明,截止2018年,轨道交通的电气化率已达到70%[1]。
在供电系统中,如何对轨道交通装备实现安全、可靠的电能供应是值得关注的问题。
对于现有的接触网和第三轨供电技术,具有一些局限性。
本文从接触式供电技术出发,介绍新型非接触式供电技术,对其三种基本方案的特点进行介绍;然后,针对较适用于轨道交通装备的电磁感应耦合式电能传输技术,详细分析其系统结构、工作原理和面临的部分问题;最后,介绍非接触式供电技术在轨道交通装备中的应用现状及有益效果,为国内相关技术的进一步发展应用提供实践依据和参考。
1 轨道交通装备供电技术1.1 接触式供电技术轨道交通车辆作为一种移动负载,其电能获取方式现多为物理接触式,如经受电弓自架设的接触网获取电能,或经集电靴自地面第三轨获取电能[2]。
对于接触网供电形式,相关技术较为成熟,但长期的物理接触高速运行,易导致出现磨损和碳积等问题;同时,车辆运行过程中的震动,易导致离线、拉弧、电火花等问题;上述问题,均会给行车安全带来较大负面影响。
此外,由于接触网采取架空安装的方式,也会影响城市美观。
对于第三轨供电形式,对隧道的限界要求较小,且耐磨,但由于电轨安装位置较低,易导致意外触电、紧急情况下乘客疏散难度大等问题。
此外,高速运行时集电靴较难与电轨可靠接触,给车辆运行速度带来一定限制。
1.2 非接触式供电技术非接触式供电技术无需物理接触,可避免对应的磨损、碳积、离线、拉弧、电火花、意外触电、疏散难度大、非可靠接触等问题,而且通过增设多个电能接收装置,可提高供电可靠性[3]。
无伴电压源的转移原理
无伴电压源的转移原理
无伴电压源的转移(Contactless Voltage Transfer)是一种非接触式的电力传输技术,它可以在两个电路之间实现功率的无线传输,具有应用前景广阔的优点。
其基本工作原理可以概括如下:
1. 原理概述
无伴电压源转移系统由两个紧密耦合的电感线圈组成。
其中一个线圈连接到电源,作为发射端;另一个线圈作为接收端。
通过两线圈之间的电磁感应现象,在不直接接触的情况下实现电能无线传送。
2. 电感耦合机理
当发射端线圈通电时,会产生变化的磁场。
这变化的磁场会在接收端线圈中感应出电动势,从而在负载电阻上产生电流,实现电能传输。
3. 工作频率
通常工作频率在数十kHz到数MHz范围。
频率越高,系统效率越高,但磁场损耗也越严重。
需选择优化频率。
4. 谐振补偿
可在发射端加入谐振电容,构成谐振电路,以提高电能传输效率。
5. 磁隔离结构
线圈之间需要精心设计磁导结构,控制磁场耦合效果,提高能量传输效率。
6. 电子控制
添加电源控制和驱动电路ry,实现稳定的震荡输出,通过频率或相位匹配优化无线能量传输。
7. 参数优化
绕组匝数、电感值、工作频率等参数需精心设计,以达到最佳的传输效能。
8. 应用案例
无伴电压源转移技术应用于电动汽车的无线电力充电等领域。
总之,该技术基于电磁感应原理,利用谐振补偿和精细控制实现了高效的非接触式电力传输,具有广阔的应用前景和发展空间。
非接触式电能传输
非接触电能传输系统综述摘要:电能的当今最主要的能源之一,近年来兴起的非接触电能传输供电技术解决了传统接触式供电的一些弊端。
本文介绍了非接触电能传输的技术背景和国内外的研究现状,对比了三种非接触电能传输方法。
然后着重介绍目前研究较为深入的感应耦合电能传输(Inductive Power Transfer, IPT)在手机和电动汽车充电领域的最新研究成果和实际应用。
最后,文章总结了非接触电能传输的研究意义和发展前景。
关键词:非接触电能传输,感应耦合,非接触供电A Perspective of Wireless Power TransferAbstract:lectrical power is one of the most important power forms nowadays. Recently, wireless power supply technique solved many disadvantages arousing in conventional form of power transfer. The paper introduces the technique background and the achievement of the research in and aboard, and compares three kinds of method to enable wireless power transfer. And then, the paper emphasizes the practical application of Inductive Power Transfer (IPT) in the wireless charging of mobile phone and electrical vehicle. Finally, the paper draws a conclusion of the vista of wireless power transfer.Keywords: Wireless Power Transfer, inductively coupled, contactless power supply1 引言电能是传统石化燃料的主要替代能源,并且在实际应用中电能也是最好的取代和应用的清洁能源之一。
不接触发电
不接触发电是一种新型的发电技术,它不需要直接接触就可以发电。
这种技术通常使用磁场、电磁感应、涡电流等原理实现电能的转换和传输。
在Magnic Microlight自行车灯的案例中,它使用了一种涡电流技术,通过内部包含的强磁线圈和外部缠绕的金属线圈,当车轮转动时,会形成相对于磁力线圈产生的磁场运动,加上车轮材质属于优良导体,会产生很多涡流电。
由于电磁感应,涡电流也会产生磁场,从而反过来带动外部铷磁铁转动,并产生电流。
因此,不需要直接接触就可以发电。
这种不接触发电技术可以应用于各种需要发电的场景,例如电动车、风力发电、水力发电等领域。
它具有高效、环保、安全等优点,并且可以减少机械磨损和摩擦阻力,提高设备的寿命和可靠性。
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非接触式电能传输技术概述上期内容:西电智慧电气杯创新大赛科技前沿最近,非接触式电能传输(Contactless Energy Transfer, CET)技术得到了广泛的研究与关注,为移动设备供电提供了新的路径,即有效避免了线缆、插头和导电滑环;对于一些诸如航空、生物医学、多传感器应用、机器人工业这样的重要领域,CET 技术显著地增加了系统的可靠性,减少了装备的维护工作。
本文对基于电力电子电路的CET技术进行了回顾与总结CET,也通常被称为非接触式功率传输(Contactless Power Transfer, CPT)或者无线功率传输(Wireless Power Transfer, WPT)。
根据能量传输介质的差异,CET可分为:声波耦合式CET、光学耦合式CET、电场耦合式CET以及当前最流行的磁场耦合式CET(也称为感应式CET),如下图所示。
接下来,本文将对这些技术的基本原理、最新进展、优缺点及应用场合进行介绍,其中将重点介绍磁场耦合式CET技术。
1、声波耦合式CET技术声波耦合式CET技术的基本原理如下图所示。
直流电能通过逆变器、发射器转换为声波,并通过空气、生物或金属介质进行传播;接收电路将接收到的声波转换为交流电能,并在整流、滤波之后供给负载。
其中的发射器、接收器通常采用压电材料实现,这种材料受到压力作用时会在两端面间出现电压。
因此,利用压电材料的这一特性可实现机械振动(声波)和交流电的互相转换。
与磁场耦合式CET技术相比,声波耦合式CET技术具有以下特点:1)对于任意尺寸的发射器和接收器,声波耦合式CET技术使用的开关频率可比磁场耦合式CET技术小得多(仅为后者的Cair/Cem倍,其中Cair、Cem分别为声波及电磁波在空气中的传输速度)。
因此,电力电子变流器的损耗也相对较小;2)可在不允许电磁场存在的场合使用;3)当电能传输的方向确定时,系统体积比磁场耦合式CET系统小;4)通常,声波耦合式CET系统效率比电感性系统要低;然而,当发射器与接收器距离远大于它们的半径时,系统效率要比电感性系统高。
声波耦合式CET系统的常用场合包括:生物医学(100mW 以下、效率最高为40%);需要通过金属屏障的无线传输系统(如核电站的传感器、真空室、气体钢瓶),功率可达1kW,效率为84%。
2、光学耦合式CET技术光学耦合式CET系统的工作方式类似于远场电磁波或微波能量传输,然而其频率范围位于可见光谱范围(或附近)。
系统基本原理是:发射器通过激光二极管产生带有能量的光束,接收器采用光伏二极管重新转换为电能。
虽然目前微波技术已经实现大功率能量的传输,但是当远距离使用时会存在衍射损耗,系统效率会大大降低。
目前的研究报道中,光学耦合式CET系统的功率等级从低于1W到数十W不等,光电转换效率为20%-30%。
主要应用场合包括航天器平台以及陆上平台。
3、电场耦合式CET系统电场耦合式CET系统的基本原理如下图所示。
电能通过高频谐振电力电子变流器连接到两个一次金属平板;当两个隔离的二次平板被插入时,平板间会形成交变电场,并产生可以传导的偏置电流。
以这种形式,电能可以在无直接电气接触的情况下传递到负载,且可以在一定自由度内移动一次及二次平板的位置。
二次平板电路中通常会串接电感,以调节等效耦合电容并增大输出功率;电能最终通过整流器及电容滤波后供给负载。
耦合金属平板的表面通常会覆盖绝缘材料,以提供电气绝缘特性,同时增大耦合电容。
与磁场耦合式CET系统相反,电场耦合式CET系统利用了电场,因此金属屏障并不影响。
由于金属平板间的电场强度受限,电场耦合式CET系统具有降低电磁干扰的能力。
电场耦合式CET系统的功率等级为5-50W,效率为50%-80%。
其典型应用场合包括LED灯供电、手机充电、呼吸机传感器、生物电测量等。
4、磁场耦合式CET技术磁场耦合式CET(Inductive CET, ICET)系统包含一个一次侧谐振变流器,用于将直流电能变换为高频交流电能。
之后,交流电能通过变压器(耦合系数为k)传输到二次侧接收器。
由于原、副边之间没有电气连接,因此可以在一定范围内移动(线性移动或旋转),保证了负载供电的灵活性、便携性和安全性。
高频交流电能在二次侧被整流电路转换为符合负载需求的直流电能。
大多数情况下,该电路采用二极管整流器与电容滤波的组合;在一些特殊应用场合(恒功率交流/直流负载),会采用有源整流或逆变的形式。
因此,磁场耦合式CET系统主要包含的组件为:一个大气隙变压器和谐振变换器。
几种典型CET技术对比结果如下表所示:4.1 磁场耦合式CET技术的分类根据功率等级及气隙长度的不同,磁场耦合式CET可采用不同的变压器铁芯。
对于大功率及小气隙场合,原副边均采用有磁芯变压器设计。
大气隙及中低功率场合中通常使用无磁芯的空气变压器。
例如,滑动变压器的使用可以为线性或圆周运动提供便利。
CET系统的最终配置方案同时取决于负载数量,可能选择原边或副边具有多抽头的变压器。
磁场耦合式CET技术主要有四种类型。
4.2 变流器及其补偿电路二次侧串联补偿的优点是在其谐振频率处不产生反射电抗,而二次侧并联补偿在谐振频率处会反射容性电抗。
二次侧并联补偿的可取之处是它不依赖于所连接的负载,以电流源形式输出,适合给电动汽车电池充电。
然而,二次侧串联补偿更适合具有中间级直流电压母线的系统,例如用PWM变流器为变速交流电机供电。
在这种情况下,应根据输出需求合理选择补偿电路拓扑。
理论上讲,串联-串联型(Series-Series, SS)是最优拓扑,因为一次侧容抗独立于磁耦合强度和变换器负载,而其他三种拓扑都依赖于磁耦合强度。
4.3 谐振变流器的控制策略磁场耦合式CET系统中谐振变流器的控制策略有多种方式。
在耦合系数与负载恒定的情况下,变流器通常采用固定开关频率的控制方式。
在负载参数可变的情况下,需要在线监测开关频率并根据负载状况做出自适应调整。
这种情况可以通过锁相环电路实现相位控制或峰值电流控制,也可以使用积分控制方法来实现可靠控制。
4.4级联式的旋转变压器给工业机器人及操纵器供电的时候,通常采用下图所示的磁场耦合式CET系统。
对于第一个旋转变压器,电源侧经过交-直-交变换产生200-600V、20-60kHz的方波电压,并供给一次侧绕组。
变压器二次侧与另一个交-直-交变换器相连,通过PWM调制生成可变频率的交流电压,并供给第一个三相电机。
该变压器的二次侧同时与第二个旋转变压器的一次侧相连;而第二个旋转变压器通过类似的方式给第二个三相电机供电,并耦合到下一个旋转变压器。
通过这种方式可以增加更多的变压器,并驱动整个机器人。
类似的系统可以被应用于多层介质光盘的数据存储。
不同的是,该数据存储系统的功率输出仅为20-30mW,而工业机器人驱动的功率一般为10-20kW。
4.5副边多绕组的变压器采用多绕组变压器的CET方案可以同时为多个相互隔离且可移动的负载供电,具有较强的灵活性。
多绕组变压器通常是副边采用多个绕组。
当需要使用稳定的交流/直流负载时,需要使用一个额外的逆变器或斩波器;此时会产生额外的损耗,导致系统效率下降。
基于这个思路,研究人员提出了类似于“插头-插座”的方式:负载采用类似电流钳的方式与供电线缆进行无线连接。
此外,德国ABB研发中心建立了一种适用于工厂的无线通讯与供电(WISA)系统,解决了传感器与执行机构的无线连接问题。
在这种情况下,变压器一次侧采用无磁芯单绕组设计,并与分布式二次侧多绕组耦合,为每个传感器、执行器提供10mW的功率。
4.6 滑动变压器基于滑动变压器的非接触电能传输系统通常应用于远距离供电,且滑动变压器的原边绕组较长。
根据负载的运动形式,ICET系统可采用两种配置形式:对于线性移动负载,可采用加长环的形式;而对于圆周运动的负载,则采用圆周形式。
二次侧绕组固定在可移动的磁芯上,副边变流器直接与二次侧绕组相连。
这种磁芯的构造使二次侧绕组可在一次侧绕组形成的环路上自由移动,因此滑动变压器为构建长距离无线输电系统提供了可能。
考虑到磁性特性、机械特性,滑动变压器的磁芯通常包含多层非结晶或纳米晶磁性材料。
然而,当负载具有宽动态范围特性时,磁芯的磁场惯性可能会造成问题:能量接收装置需要配备大型磁芯,因此二次侧的重量会增大。
通常,一次侧绕组的长度一般为1-70m,输出功率为1-200kW。
4.7 应用范例:电动汽车V2G技术V2G是Vehicle-to-Grid 的简称,当混合电动车或纯电动车的电池需要充电时,能量从电网输送到电池;反之,在电动车停运的时候,可以进入放电模式,将电池储存的能量回馈至电网。
随着新一代混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle, HEV)及插电式混合动力汽车(Plug-in HEV, PHEV)的发展,汽车通过插头从电网中取电变为现实;对于PHEV而言,通过电力电子系统可以实现V2G技术。
V2G技术的大规模应用有利于分布式能源接入电网,因为电动汽车的蓄电池起到了削峰填谷的作用。
蓄电池储存的能量巨大;在美国,当PHEV的市场渗透率为10%时,将会取代全国25%的发电装机容量。
当然,这种设想依赖于基础设施的建设,包括充电桩、V2G接口、无线通信系统以及电网中的调度系统。
以15kW双向磁场耦合式CET系统为例进行举例说明。
系统的配置方案如下图所示。
在电网侧的能量输入接口为三相PWM变流器。
二次侧放置在电动汽车上,采用相同的变流器,并与电池组相连。
由于原副边绕组之间的气隙很大,因此CET变压器运行时的磁耦合系数很小,其漏感值比传统变压器要大得多。
这种变压器配置方案的结果就是:磁化电流增加,导致更高的变流器导通损耗,漏感增大导致了绕组损耗增大。
为了解决这一问题,ICET系统通常采用谐振变换器,并对变压器的漏感进行补偿(电容Cr1和Cr2),以提高系统的运行效率。
FPGA控制器中的算法由两部分组成:1)谐振变换器的积分控制,负责系统最大能量传输及过压/过流保护;2)控制能量在电网和电池组间的双向流动。
只有当一次侧电流过零时,门极信号才会发生改变,因此积分控制方法可确保谐振变换器工作于谐振频率。
双向CET系统的开关频率为60kHz,气隙长度为23cm,P1rms=13.35kVA,实物图片如下。
系统的稳态运行的仿真、实验结果如下图所示。
积分控制将谐振变换器下方的驱动晶体管短路,减小了原边电流峰值。
通过这种控制方式,系统实现了能量流动控制,且保证了系统的安全稳定运行。
如下图所示。
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