无线输电关键技术及其应用研究

无线输电关键技术及其应用研究

发表时间：2018-11-13T20:24:06.040Z 来源：《电力设备》2018年第20期作者：罗天明

[导读] 摘要：随着国家不断的重视电力事业的发展建设，在一些电力工程以及电力技术上的研究投入也不断加大，人们对于电能的依赖几乎已经到了不可脱离的地步。

（国网吉林供电公司桦甸检修分公司吉林省 132400）

摘要：随着国家不断的重视电力事业的发展建设，在一些电力工程以及电力技术上的研究投入也不断加大，人们对于电能的依赖几乎已经到了不可脱离的地步。在人们的生活当中，电能的使用与人们的生活生产息息相关，所以电能的质量以及电能的合理输送成为了保障人们生活的关键。在国家电网当中，较为常见的有高压直流输电和交流的输电以及无线输电的输电方式，这几种输电方式都发挥着至关重要的作用。本文主要针对无线输电中关键技术及其应用进行相应的研究。

关键词：无线输电；关键技术；应用研究及分析

一、无线输电技术的基本原理

根据不同的应用场合，无限输电技术的原理不尽相同，技术方案也有所调整。电磁感应原理、谐振式无线输电、磁耦合共振原理的无线输电技术受到技术条件的限制，仅适用于短距离、低功率的无线输电，而微波技术能够实现小弥散、长距离、大功率的无线电能传送。

（一）电磁感应原理

虽然电磁感应原理最初应用于电力系统的目的不是传输电能，而是利用能量的转化实现电压和电流的改变，但变压器的使用为无线输电成为现实打下了基础。与变压器的结构相类似，依靠电磁感应原理的无线输电，有能源发射线圈和电能接收线圈等结构，在能源发射线圈通入交变电流，电能接收线圈由于电磁感应现象出现电动势，如果电能接收线圈形成通路，就会出现感应电流，其方向遵从楞次定律，大小可以由麦克斯韦电磁理论得出。

这种原理的无线输电技术主要应用于小功率、短距离的电能传输，比如电动牙刷、相机、手机的蓄电池充电，可以利用电磁感应原理，设计合适的无限充电台或者充电底座，电能接收线圈则安装于这些小型电子设备当中。目前这种方式的无线输电技术已经在市场上得到了良好的运用。

（二）谐振式无线输电

谐振式无限输电技术与无线通信的原理类似，都是通过在空间内弥散的发送谐振回路的电磁波，让范围内的接收端回路谐振在同一特定频率中，从而实现电能的传输。但由于技术限制，这种传输方式更适用于输出功率较低的设备。也由于电磁辐射的存在，范围越大或者输出功率越大，传输效率就越低，辐射也越严重，因此这种无线输电方式也局限于小功率、短距离的条件下使用。

（三）磁耦合共振原理

磁耦合共振原理的无线输电技术，主要是根据共振的原理，将电能转化为磁场进行输电。这种输电方式要求感应线圈制成发射和共振两个系统，通过设置和发射特定的振动频率，形成不具有弥散性的非辐射磁场，接收端与发射端的频率一致，就可以实现共振，共振次数的累积能够使得电压不断产生，从而完成了磁场向电能的转换，也就实现了无线传输。根据科学研究，这种非辐射的电磁场范围要求发射端与接收端要在感应线圈半径的8倍以内，不适合过长距离的无线传输。

（四）微波无线输电

微波无线输电技术的产生，打破了以上三种无线传输的“距离”和“功率”的局限性，能够实现长距离、大功率的电能传输。微波或微光的波长短，故其弥散性小，传输距离也较长，使得长距离的无线输电成为可能。其传输流程主要如下：

电源→电磁波发生器→发射天线→接收天线→整流器→变电→有线电网电磁波发生器是微波源或者激光器，它将电源传来的电能转变成电磁波，由于这种电磁波具有大功率、高频的特点，能够在发射天线和接收天线之间长距离传播，接收天线再将收到的电磁波能量输入到高频电磁波整流器中，实现电磁波和电能的转换，最后进入有线电网。

二、无线输电的应用展望

无线输电技术除了技术新颖，具有大的市场吸引力以外，其发明的主要目的还是为了实现便捷的电能传输。根据不同的无线输电原理，不同的无线输电技术能够被运用到不同的生产、生活环境中。

（一）无线输电技术在日常生活中的应用

电力系统的革新对于日常生活来说，将会是一场现代化、科技化的家居革命。若能够将发射端隐藏到天花板中，实现室内各个角落的电力设备的电能无线传输，那么难以理清的复杂电线电路就会从家居中消失，而不可循环使用的电池也会大幅度减少，这就同时实现了资源的高效利用和节约。此外，无线输电技术若能够像无线网络覆盖于各大公众环境，那么人类出门前就不再需要额外的电力储备，也一定程度上解决了出门手机没电的尴尬问题。

（二）在特定行业的应用

1.医疗行业

由于医疗水平的提高，人体植入电子设备以解决人类的健康问题已成为常态，无线输电应用于医疗行业，将为患者带来更大的福音。如微型心脏起搏器和除颤器都要依赖源源不断的电能，受到条件限制，往往需要隔一段时间进行设备更换，如果能够实现这些微型电子设备的无线输电，就避免了二次甚至三次外科手术对患者的身体伤害，延长了设备的使用寿命，也给患者减轻了痛苦。

2.公共交通领域

无线输电技术还能够为人类解决公共出行的问题，完全依赖于电力的公交系统，可以实现能源的清洁化，对于地球环境来说是十分友好的。无线输电技术的公共覆盖，不仅能够使出行的人不受到“手机没电”的困扰，还能够服务于依赖电能的公交系统，这种技术能够彻底的改变高碳的出行模式，净化环境的同时，能够使大众得到更加便捷的公交服务。

3.难以架设输电线路的地区

我国幅员辽阔，高山、海岛、沙漠的输电线路建设不仅要耗费大量的人力、物力和财力，更是危险和艰难的，设备的搭建、维护都困难重重。如果能够实现长距离、大功率的无线输电，不仅可以实现电能的公平分配，还能实现因地制宜的电力运输。例如某些人工智能机

器人被投放在极端地带，无线输电技术就能解决他们电池耗竭的问题，简化了输电工作的同时，节约了资源。

4.空间太阳能发电

通过微波无线输电技术，可以在太空建立太阳能发电基地，然后将这些能源通过微波的形式送回地球，这种设想相较于地球上的太阳能发电技术来说，能够获取更为庞大的可利用太阳能，也不受限于昼夜能源的差距。但由于技术发展受限的问题，还处于展望阶段。

三、无线输电应用中存在的问题

虽然无线输电技术能够给人类生产生活带来许多便利，但其中也隐藏了一些问题。首先，由于无线输电技术尚未成熟，其应用大多数还停留在理论研究和实验室测试水平，对于未来是否能够真正实现产业化还存在一些疑问。此外，电磁辐射的问题也应当引起重视，高功率远距离的发射器不可避免的会带来强电磁辐射的问题，如何能够实现真正的非辐射电磁传播还需要研究者的进一步探索。传输过程中损耗的问题也不容忽视，总之无线输电技术还有很多亟待解决的难题要攻克。

四、结语

总的来说，作为城市和国家当中重要的输电方式无线输电来说，其中的关键技术以及发展应用对整个国家建设都有着很大的影响。在各种输电方式当中，无线输电的发展是最具有发展前景的，同时也是促进城市中电能使用的关键运输技术。所以对于无线输电技术的研究和应用应该不断的加强重视，通过科技技术去完善相关的技术，广泛的将其发展优势应用到国家电能行业当中去。

参考文献

[1]王敏星,李大伟.无线电能传输技术发展及研究方向浅析[J].中国电力教育. 2014(06).

[2]黄吉金,黄珊.微波能量传输技术及其应用发展方向[J].微波学报. 2012(S2).