【电力新视界】中国电科院魏斌等：无线电能传输技术解析

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无线电传输技术

介绍

当涉及电气设备的电源时，人们通常会在脑海中产生第一印象，即用电气设备拖一长的“尾巴”。在生活中，诸如凌乱的电缆布线，频繁的插件和电源插头拔下的问题以及不同的充电界面标准范围内长期困扰着人们的生活。像没有切实媒体的限制的无线通信技术一样，摆脱“电线”的麻烦和实现无线电力传播是人类多年来的美丽追求。

手机充电的当前状态

无线电传输技术

在这种情况下，无线功率传输（WPT）成为现成的。它可以有效地解决方便访问笔记本电脑开元ky888棋牌官方版，手机，音乐播放器等的移动设备的问题，并避免传统依靠与导体供电的直接接触以提供电力是安全隐患。在某些特殊环境中，例如矿山，水下和其他不合适的地方，很难建立电线区域，例如孤立的岛屿和山基站。该技术提供了一种安全可靠的电源方法。

可以说，无线电传输技术是能源传播和访问方面的革命性进步，并已被美国杂志“技术评论”选为未来十大科学研究方向之一。

无线电传输历史

无线电传播的历史可以追溯到1901年。塞尔维亚裔美国科学家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）被称为无线电传播之父，在纽约长岛建造了第一个无线电源塔。克利夫塔（Cliffeta）对此进行了无线电源测试，尽管该项目以失败告终。

一个多世纪以后，为了适应《时代的需求》，无线电传播研究已经引起了新的活力，而这项技术在现实生活中的应用也正在又一个又一个 - 从电动牙刷，智能手机，家庭中出现各行各业的电器，电动汽车，太阳能发电厂等，已经加入了研究和开发等级。

图1。特斯拉建造的Warden Crevereau塔

无线电传输技术的几种方法

目前，在特定的技术原理和解决方案方面，无线电传输技术主要包括四种基本方法：电磁感应，磁共振，电场耦合和微波炉。这些技术分别适用于短期，中范围和远程功率传输。

（1）电磁诱导

目前最成熟和最常见的是电磁诱导。基本原理是使用电磁诱导原理，类似于变压器，并在电源和电源接收端处有线圈，并且一定的交流电流频率传递到主线圈。由于电磁诱导会在次级线圈中产生一定的电流，因此能量被转移。从传输端转移到接收器端。该技术具有相对较近的电源距离，通常在厘米水平上受到控制。它是市场上相对成熟的技术。某些手机​​和小型电子组件的无线充电已开始商业使用。

图2电磁电感无线电传输技术在手机充电中的应用

（2）磁共振

磁共振类型（也称为近场共振）由能量传输设备和能量接收装置组成。当将两个设备调整到相同的频率时，它们可以彼此交换能量。它的原理类似于声音的共振原理。当电源线圈的共振频率和接收线圈相同时，可以实现一个从一个到另一个电源。该技术具有较大的传输功率，较长的传输距离和90％的传输效率。上述优势使其成为一些技术公司追求的热点。近年来，它已经迅速发展。目前，它主要研究并应用于电动汽车和其他高功率。在设备中。

图3磁共振无线电传输系统的结构原理的示意图

图4磁共振无线电传输技术在电动汽车充电中的应用

（3）电场耦合类型

电场耦合类型基于电场耦合的原理。它使用两个电极之间产生的感应电场通过放置的电源传输侧电极和电源接收侧电极直接供电，以提供功率，并且具有对水平脱位的强烈抗性的特征。为了提高效率，在电容性耦合无线充电期间，在耦合过程中需要增加电压。如图5所示，耦合电极之间的电压最大为1.5〜2kV，高压增加了用户电击的风险。因此，电容耦合无线电传输技术尚未被公众广泛接受，其研究仍处于初始阶段。尽管某些手机平板电脑中有应用程序案例，但其安全性能需要进一步提高。

图5电场耦合无线充电系统的工作原理图

（4）微波炉

微波无线电能量传递的原理是将电能转换为微波，然后从天线发射。电磁波通过自由空间传播，并通过接收天线收集。由于微波炉具有相对较短的波长和良好的方向性，因此可以用于远程电能传输。微波无线电传输可以在数十公里的距离内实现无线能量传输，但价格昂贵且具有极低的传输效率，并且需要进一步验证其可靠性。随着未来技术的发展，预计该技术将成为重要的长距离传输。发展方向。

图6太阳能发电站微波无线电传输的示意图

无线电传输的未来开发和应用问题

近年来，随着关键技术的研究和技术突破，无线电传输技术取得了良好的发展。除上述技术外，该技术还具有小型家用电器，智能电网，移动机器人，无线传感器网络，人植入医疗工具和军事领域的广泛发展前景。但是，要实现无线电传输技术在更广泛的领域中的应用，应在以下方面取得突破：

（1）提高传输性能

就目前的技术水平而言，无线电传输系统的有效传输距离，效率，功率和其他技术指标无法满足大规模促销和应用的需求。目前，无线电源端子无法达到无线网络的覆盖范围。尽管电源端子和接收终端之间没有物理接触，但它不能彼此太远，否则传输效率将大大降低，甚至无法传输。更高的传输效率，更大的传输功率和更长的传输距离是它需要关注的方向。

（2）消除公众对电磁暴露的怀疑

就像人们现在正在经历Wi-Fi无线信号和高压传输电缆（例如干扰和辐射）的副作用一样，许多人在谈论“无线”时仍然害怕“无线”。尽管没有权威的论点是，在无线电传播向人体传播过程中产生的电磁波造成的辐射损害，但公众将不可避免地对涉及人类健康的这个问题非常重视。如果没有解决此问题，它将极大地影响公众的广播。传递技术信任的能力。关于无线能源传输系统电磁安全性的研究差距，2017年，中国电气科学院以及州电网公司，科学研究机构，中国医学科学院和其他单位，建立了电磁科学和技术项目高功率无线充电系统的安全评估和测试方法。我认为，随着科学研究的加深，可以尽快消除公众对无线电传输电磁暴露的怀疑。

（3）无线电传输标准的统一

无线电传输技术的普及需要国际通用标准，不同制造商的产品必须满足兼容性和互操作性。对于低功率无线充电领域，在市场上逐渐形成了由QI，PMA和A4WP代表的三个主流标准。但是，随着大量无线充电产品（例如手机，平板电脑和笔记本电脑）进入市场，这三个标准适用于普通人。给消费者带来一些不便。在2016年5月开元棋官方正版下载，在高功率无线充电领域，美国标准化组织SAE发布了第一个用于插电式混合动力汽车和纯电动汽车的无线充电技术标准-SAE TIR J2954，旨在在整个过程中实施统一标准该行业加强行业管理和指导； 2016年，在国家标准委员会和中国电力企业联合会的支持下，中国电气科学领导着准备三种国家电动汽车无线充电标准，预计将于2018年发布。各种功率水平的传输技术变得越来越成熟，无线电传输标准的市场竞争将逐渐变得突出，这是该行业引入统一标准的一般趋势。

无线电传输研发团队

中国电气科学学院新技术的电台能源传输研究团队目前有12名员工，其中包括5名博士生和5名硕士学生。他们的专业背景涉及电力系统，电磁场分析和计算，高频电力电子设备以及新的电磁磁性，它具有多学科领域，例如材料，自动控制开yunapp体育官网入口下载手机版，机械和自动化。这是一个科学和技术创新团队，在战略前瞻性技术领域，具有较高的学历，合理的年龄结构，全面的知识结构和高专业水平。目前，它是基于电网行业背景的州电网公司系统中唯一的研发团队，并专门研究无线电能源传输，关键设备开发，工程咨询服务，实验测试等基本理论和应用技术的研究。研究范围涵盖了无线电传输及其应用。科学和技术相关领域的各个方面。

该团队开发了前六组多用电频率中等和短距离的100W电磁共振无线电传输测试在公司系统中的原型，并主持了国家电动汽车无线充电标准系统的研究，计划和绘制，采用已经准备了几种国家无线电电机无线充电标准的领导者，并已依次成为“全国电器电器标准化技术委员会的成员单位”，“大中国无线充电行业联盟和“高功率无线传输行业联盟”。与办公室有关的关键人员是国际电工委员会的电动汽车无线充电系列工作组的成员。

该团队在中等和短距离磁共振传输系统，磁性传输组件的研发和制造以及研究与开发，系统整合，工程设计，工程设计和实施固定和固定和固定设施的关键组件的实现以及用于固定和固定和电动汽车的移动无线充电。 ，具有较高的行业地位。

贡献者：中国电气科学院电气工程学院Wei Bin和Wang Songcen