电气工程新技术课程PPT课件

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新型无线传能技术及应用-分类及原理
布朗的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ波传输系统
在地面上，传输装置大概分成三 部分：微波源，发射天线，接收 天线三部分。微波源内有磁控管； 微波源输出的能量通过同轴电缆 连接至和波导管之间的适配器上； 亚铁酸盐的循环器连接在波导管 上,使波导管和发射天线相匹配。 硅控整流二极管天线用来收集微 波并把它转换成直流电，这种天 线 在 2.45GHz 测 试 时 曾 经 达 到 甚 至超过90%的效率。
诺贝尔物理学奖自创立开始的三十年里，尼古拉·特斯拉一 个人就被评选出九次，与爱迪生一起二次，而他把这十一次 的诺贝尔奖全部让贤。
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新型无线传能技术及应用-发展历史
1908年6月30日，通古斯大爆炸：爆炸产生的能量相当于广岛原
子弹的1000倍，超过2150平方公里内的6千万棵树焚毁倒下。此
事件与3000多年前印度的死丘事件及1626年5月30日北京的王恭
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新型无线传能技术及应用-分类及原理
2.电磁辐射 远场就是远远大于发射接收设备尺寸的千米计的电能传输 距离。对于远距离输电，现在主要都是有线高压传输。然 而，远距离有线传输成本高，能量损失大，消耗资源多， 所以，电能远距离无线传输势必会成为发展的趋势。远场 电能传输，有普通的地面电能传输，有太空-地面-地面电 能传输等几个应用。
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新型无线传能技术及应用-分类及原理
它利用了感应耦合系统和电力电子技术相结合的方法， 实现了电能的无物理连接传输。它将系统的变压器的紧 密型耦合磁路分开,初、次级绕组分别绕在具有不同磁性 的结构上,实现在电源和负载单元之间进行能量传递而不 需物理连接。
感应耦合技术的优点在于原理简单，容易实现，近距离 能量传输效率高，可高达99%。但是缺点在于传输距离近， 对位移和频率变化的稳定性差。需要一次、二次线圈尽 量保持在对齐状态，一旦出现相对位移，效率会急剧下 降，而且电磁污染较严重。可以应用于传输功率不大， 相对位置基本不变的场合，例如手机无线充电，电磁炉 等。
➢ 地球电离层传输，特斯拉尝试的方式，以天地为介质， 通过空间电离层，将大功率能量传送到地球的任何一个 角落。
➢ 电磁共振，这种方式就麻省模式，能传输较远的距离， 但功率、效率相应较小。
➢ 电容式无线传能，特点为传送电压大、频率高、电流 很小，传送距离中等。
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新型无线传能技术及应用-分类及原理
1.电磁感应耦合 通过相对很直接的接触来进行能量传输，主要应用于近距 离的能量传输。典型应用是可分离式变压器，系统主要由 交流电源、一次侧变换器、可分离变压器和二次侧变换器 四部分构成。系统结构图如图所示：
电气工程新技术讲座
—新型无线传能技术及应用
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新型无线传能技术及应用-概论
1. 发展历史 2. 无线传能技术分类及原理 3. 电磁共振式无线传能 4. 电容式无线传能 5. 前景 6. 结语
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如何开展科学研究工作-概论
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新型无线传能技术及应用-发展历史
被人类遗忘的天才-尼古拉·特斯拉：
对电力学和磁力学做出了杰出贡献。他的专利和理论工作是 现代交变电流电力系统依据，包括多相电力分配系统和交流 电发电机，帮助他带起了第二次工业革命。1882年，他继爱 迪生发明直流电（DC）后不久，发明了交流电（AC），制 造出世界上第一台交流发电机，并创立了多相电力传输技术。 他的成就还包含创立双线线圈无线电技术，以及无线电能传 输技术。
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新型无线传能技术及应用-分类及原理
太空-地面微波电能传输
通过在太空安装一组的太阳能电 池板，采集太阳能，然后以定向 微波或激光技术源源不断地把能 量传回地球接收处，再由接收处 经过分配后把分配好的微波发送 给用电处。
太阳光通过太阳能电池转换为直流电
直流电通过微波源转换为微波
微波传回地球，并被接 收天线接收
系统由以下几部分组成：两个具有相同谐振频率的谐振器、 驱动电路和输出电路。
高频交流信号输入到驱动电路，驱动源振荡器通过电磁感应从驱 动电路获得能量，通过磁场共振强耦合，能量通过“隧道”被传 递到接收器，与负载直接相连的输出电路通过电磁感应获得能量。 系统设计基础在于两个振荡电路之间重叠存在的瞬逝波耦合，属 于近场无损非辐射共振耦合。
厂大爆炸并称为世界三大自然之谜。
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新型无线传能技术及应用-发展历史
纽约长岛-沃登克里弗塔
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新型无线传能技术及应用-分类及原理
目前，无线电能传输技术主要分为五类，
➢ 电磁感应耦合，这种方式能传送较大功率、效率也较 高，但要求传送距离很近。
➢ 电磁辐射，即电磁波，这种方式是利用电磁场传递能 量，特点是传送距离远，但效率低。
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新型无线传能技术及应用-电磁共振
传统电磁感应无线传输：给发射线圈施加一个交变激 励，产生周围发散的交变磁场，交变磁场穿过接收线 圈的部分在接收端感应出交变电流，完成电能传输。
问题：辐射大，传输距离短；随传输距离增大，传输 效率指数递减。
磁共振与物理共振相对应
共振磁耦合无线传输：将磁共振与电磁感应相结合， 发射线圈和接收线圈具有共同或近似的本征频率，给 发射线圈施加一个本征频率的交变激励，产生的交变 磁场由于磁共振作用大部分传输到接收端，完成电能 传输。理论上接近于点对点传输。
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新型无线传能技术及应用-电磁共振
共振磁耦合的理论依据：如果两个振荡电路具有相同频率， 那么在波长范围内，是通过近场瞬逝波耦合。感应器产生的 驻波在远远小于损耗时间内允许能量高效地从一个物体传到 另一个物体。由于共振波长远远大于振荡器尺寸，所以可以 不受附近物体的影响。
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新型无线传能技术及应用-电磁共振
接收天线把接收信号经过处理 后传输给用电处的接收天线
用电处的接收天线将微波转换为 直流电，再转换为交流电
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新型无线传能技术及应用-分类及原理
3.地球电离层传输 特斯拉尝试的方式，以天地为介质，通过空间电离层，将 大功率能量传送到地球的任何一个角落。
1902年，特斯拉在纽约长岛建立沃登克里 夫高塔，试图利用电离层进行无线电能传 输，建立一座“世界电力系统”，容量达 750万千瓦。该系统实际采用频率150kHz 的高频交流发射300kW功率，但失败了， 原因是发射的功率太过发散。