无线电能传输装置(能量转换部分)开发研制

关于无线电能传输装置（能量转换部分）开发与研制【摘要】无线电能传输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。这款无线电能传输装置，它利用大功率高频传输线共振变压器（放大发射机）的原理对能量进行放大与传输，同时应用了耦合强磁共振原理将电场能量转化为磁场能量让该无线输电装置具有传输效率高，距离远的特点，具有广阔的应用前景。

【关键词】放大发射机耦合强磁共振电磁场同步谐振换能器无线传输

1 系统简介

无线输电装置的主体包括：升压充电回路、初级谐振回路和次级回路；初级谐振回路由初级线圈、主电容、主振荡器构成。次级谐振回路次级线圈和放电顶端构成，电容和电感的数值可根据实际制作而定。但最关键的是两回路的谐振频率要相同。

该无线输电装置由一个感应圈、变压器、振荡器、两个大电容器和一个初级线圈仅几圈的互感器组成。其工作过程为：电源先给主电容充电，当电压达到主振荡器放电阀值时，放电器间隙的空气开始电离打火，近似导通，使初级谐振回路建立，开始振荡，向次级回路传递能量，次级回路随即起振，接收能量。几个（次数主要与耦合系数有关）周波后，初级回路能量释放完毕。此时，较大部分的能量都转移到次级回路上，一部分能量损耗在回路上。次级回路继续振荡，并反客为主，带动初级回路振荡，以相同的方式把刚才

得到的能量还给初级回路。但又一部分能量损耗在回路上，如此反复，直到损耗掉大部分能量。

2 无线电能量转换部分介绍

2.1 换流器的介绍

反用换流器另外一个含义是高频电桥电路，是一个可将直流电变换成交流电的电路。根据逆变器的电路形式与输出的交流信号，可分以下三种。

（1）半桥逆变器由两个开关串联组成，输出端位于两个开关的中点，由上下两个开关来决定输出的电压。半桥逆变器配合两个分压电容，可以输出双端之间的高频交流电。开关旁一般需要并联续流二极管，以便在感性负载时起到续流作用。半桥逆变器配合正负双电压源，可以输出双端的完全交流、含有直流分量的交流以及完全直流信号。（2）全桥逆变器由各含两个开关的两个桥臂连接成正方形组成，输出端的两端分别位于两组开关的中点，相当于取两个半桥的电压差，因此可以得到正负双向的交流输出。全桥逆变器可以不依赖外加器件，仅仅使用单电压源输出双端的完全交流、含有直流分量的交流以及完全直流信号。（3）三相桥式逆变器类似于全桥逆变器，但它有三个桥臂，输出端的三端分别位于三组开关的中点，取两两之间的电压差就可以得到三相电所需的三个相电压。根据三组共六个开关的开通顺序，三相桥式逆变器可以得到一组幅值相等、频率相等、相位相差120度的三相电信号。

若逆变器输出需要并入电网，或是需要驱动一个已经在转动的电

动机等感性负载，则逆变器输出信号的相位将至关重要。为了控制逆变器输出的相位，需要在逆变器中加入相控电路。

2.2 相位补偿及调节系统

对于传统互感器而言，相位误差与相位差定义相同，即都是指一、二次信号间总的相角差，而对于数字式输出的电子式互感器而言，相位差是指一次侧某电流出现时刻与二次数字化数据传输启动时

间之间的时间差，相位误差则较为复杂，重新定义后为减去因额定相位差（电子式互感器因选用技术产生的额定相位差）以及额定延时时间（数据传输和处理的额定时间）所引起的偏移量，即为：

目前已处于实际应用研究方面的有源式电子式电流/电压互感器，按功能划分结构主要分为5个部分：传感头部分、电源部分、高压侧数据采集部分、光纤传输部分、低压侧合并单元。

2.3 电磁场基射器

电磁场可以被视为电场和磁场的连结。追根究底，电场是由电荷产生的，磁场是由移动的电荷（电流）产生的。对于耦合的电场和磁场，根据法拉第电磁感应定律，电场会随着含时磁场而改变；又根据麦克斯韦-安培方程，磁场会随着含时电场而改变。这样，形成了传播于空间的电磁波，又称光波。无线电波或红外线是较低频率的电磁波；紫外光或x-射线是较高频率的电磁波。

电磁场涉及的基本相互作用是电磁相互作用。这是大自然的四个基本作用之一。其它三个是重力相互作用，弱相互作用和强相互作用。电磁场倚靠电磁波传播于空间。

2.4 特斯拉线圈

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。

3 电能无线传输装置应用前景

无线输电技术具有雄厚的技术基础，宽广的应用领域，受到世界各国的普遍重视，由于技术经济的原因，无线输电技术目前没有得到大规模的工程实施，但从长远看来，其意义是重大的，具有潜在的广泛应用前景。如：给一些难以假设线路或危险的地区供应电能；解决地面太阳能电站、水电站、风力电站、原子能电站的电能输送问题；建造无塔电视台。

4 结语

无线电力传输这种特殊的供电方式，是人类的梦想之一。随着无源式rfid电子标签和各种非接触式无线充电技术的实用化，以及无线网络技术的大发展，无线电力传输已经引起人们的极大兴趣。如果远程无线输电变成现实，那么我们就可以轻而易举的利用宇宙空间的射线作为能量来源，这个能量储备远比海水中的氢能要大得多。本世纪以来，能点亮灯泡的无线供电技术，毫无疑问也点亮和

刷新了人们对“无线”未来生活的无限憧憬。

参考文献：

[1]i.scott mackenzie，rapheal c.-w.phan.8051微控制器（第四版）.北京：人民邮电出版社，2008.

[2]christopher boeick，john blyler.射频电路设计.北京：电子工业出版社，2008.