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《基于磁場諧振耦合的無線電力傳輸效率與電源-研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第1章緒論整個(gè)系統(tǒng)由交流電源、一次側(cè)整流濾波模塊、高頻逆變模塊、分離式變壓器、二次側(cè)整流濾波模塊以及負(fù)載組成。通過一次側(cè)整流濾波將工頻電變?yōu)橹绷麟?，再?jīng)高頻逆變將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧母哳l電加載到分離變壓器原邊線圈上，電流流經(jīng)原邊時(shí)，通過電磁感應(yīng)將能量傳遞到副邊，副邊線圈中產(chǎn)生與原邊相同頻率的高頻電流，再經(jīng)過二次側(cè)的整流濾波得到合適的電流供給負(fù)載。分離變壓器的氣隙寬度即為傳輸距離，由于氣隙磁阻較大，氣隙的寬度直接影響了能量的傳輸效果，氣隙越小，傳輸效率越高。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，電磁感應(yīng)式無線電力傳輸?shù)膫鬏斁嚯x
2、較小，往往被限制在毫米級。電動(dòng)牙刷是較早的應(yīng)用電磁感應(yīng)方式進(jìn)行充電的產(chǎn)品，在充電座與牙刷中各有一個(gè)線圈，當(dāng)牙刷放置在充電座中時(shí)，通過電磁感應(yīng)向電動(dòng)牙刷中的鎳氫電池充電，整個(gè)系統(tǒng)功率較低，只在3W左右。英國的一家公司Splashpower在2005年上市一款無線充電器splashpads，鼠標(biāo)墊左右大小的底座中布有小線圈陣列，作為變壓器的原邊，利用磁性合金繞以電線制成的接收器線圈作為變壓器的副邊。這些都是感應(yīng)式無線充電在小功率器件上的應(yīng)用。由于傳輸距離非常有限，其方便性并不突出，所以這類產(chǎn)品在生活中尚不普及
3、。此種方式的無線能量傳輸在大功率設(shè)備中的應(yīng)用，國際上也做了諸多的研究。通用汽車公司研制的電動(dòng)車感應(yīng)充電器Magne．charge是較早商業(yè)化的無線充電產(chǎn)品，專門用于GM的EVl型電動(dòng)車充電№1。在今天，電動(dòng)汽車的發(fā)展越來越受到人們的重視，其電池問題更是研究的重點(diǎn)，無線充電技術(shù)為此提供了一個(gè)研究方向，引起全球研究學(xué)者的關(guān)注。在日本，國土交通省推進(jìn)新一代巴士的研究生產(chǎn)，利用無線供電的方式為其充電，巴士?？吭诼分邪惭b的充電平臺(tái)的上方，通過車身下的線圈進(jìn)行充電，整個(gè)過程無線連接，司機(jī)通過安裝在車內(nèi)的控制平臺(tái)自行充
4、電。除此之外，這項(xiàng)技術(shù)在交通運(yùn)輸、工業(yè)機(jī)器人等多方面同樣擁有應(yīng)用空間。在國內(nèi)，對這類技術(shù)也有了一定的研究，中國科學(xué)院在2004年左右對無接觸無線輸電技術(shù)進(jìn)行了研究，并設(shè)計(jì)一款無接觸充電系統(tǒng)能給容量為12Ah、電壓為36V的電池充電，在額定電流1．05A的情況下，效率為78％口1。除此之外重慶大學(xué)、西安交通大學(xué)、香港城市大學(xué)等諸多大學(xué)、研究所對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究，取得了一定的成績。；；圖1-2手機(jī)無線充電器3霉．鐲。～———”——‘—一’一衄圈墨‰——■■‘翻_芝圖l-3巴士無線充電東南大學(xué)碩士學(xué)位論文1．
5、3．2微波方式利用無線電波方式傳輸電能這一想法最早是由赫茲提出的，他論證了電磁波可由瞬間高壓電弧產(chǎn)生，在自由空間傳輸后通過接收設(shè)備可以檢測到，但當(dāng)時(shí)并沒有將微波轉(zhuǎn)換為直流的整流裝置，實(shí)驗(yàn)并未實(shí)現(xiàn)。1899年美國人特斯拉在科羅拉多建造了一個(gè)巨大的直徑3英尺的線圈球體，此線圈諧振頻率為150KHz，向其輸入300kw的電能，瞬間的高壓電弧產(chǎn)生電磁波向外輻射，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了赫茲的這個(gè)理論陽】。微波無線能量傳輸技術(shù)，是利用微波發(fā)生裝置將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒉?，然后通過發(fā)射天線將微波以輻射的方式向自由空間發(fā)射出去，攜帶能量的
6、微波束經(jīng)過自由空間傳播后，被接收天線收集，從而實(shí)現(xiàn)能量的傳輸，再通過整流裝置將獲得的電能轉(zhuǎn)為直流電供一般負(fù)載使用，其示意圖如下圖所示。微波發(fā)發(fā)射生裝置天線圖l-4微波無線能量傳輸示意圖利用微波進(jìn)行能量傳輸，由于使用的頻率往往在GHz范圍，頻率太高，穿越障礙物的性能不好，發(fā)射裝置必須對準(zhǔn)接收裝置，另外微波在傳輸過程中，會(huì)對周圍的人體及其他生物產(chǎn)生嚴(yán)重危害，當(dāng)微波在空氣中傳播時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的損耗，效率較低，所以在日常生活中應(yīng)用較少，但由于可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、超大功率的無線能量傳輸，在一些特殊場合又有著重要的作用，
7、空間太陽能發(fā)電(SpaceSolarPower，SSP)就是微波無線能量傳輸?shù)牡湫蛻?yīng)用。1968年美國人PGIaser博士提出了太陽能衛(wèi)星的概念悖3，此太陽能衛(wèi)星工作在S波段(2．45GHz)，它直接從太陽輻射中獲取能量并將其轉(zhuǎn)換成微波能，以微波束的形式定向傳送到地面上大型的能量接收整流天線陣，由此即可將太陽能轉(zhuǎn)換為電能供人類使用，整個(gè)過程是太陽能、電能、微波、電能的能量轉(zhuǎn)換過程。這一構(gòu)想最大優(yōu)點(diǎn)在于充分利用空間無限的太陽能，而發(fā)生于二十世紀(jì)70年代的美國石油危機(jī)進(jìn)一步促這類技術(shù)的發(fā)展，前蘇聯(lián)、日本、加拿
8、大等國也相繼展開了對微波輸電技術(shù)的研究，微波輸電技術(shù)也取得了非常顯著的成果。1979年，美國航空航天局與美國能源部聯(lián)合提出太陽能計(jì)劃一建立‘‘SPS太陽能衛(wèi)星基準(zhǔn)系統(tǒng)小101。日本為了加快太陽能衛(wèi)星的開發(fā)，先后于1983年和1993年利用火箭對電離層中的微波輸電做了細(xì)致的研究，并于1994年一1995年對地面上兩點(diǎn)間的微波輸電進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?？臻g發(fā)電的巨大誘惑使得在2000年，美國宇航局NASA成立了專門的研究組又一次對這一設(shè)想進(jìn)
