無線輸電關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用

王景星

摘 要：本文主要闡述了無線輸電關(guān)鍵技術(shù)中的電磁感應(yīng)、諧振式輸電、微波無線輸電等內(nèi)容，同時提出了無線輸電關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用展望，包括將無線輸電技術(shù)應(yīng)用于日常輸電、實現(xiàn)因架設(shè)線路難度大的地區(qū)進(jìn)行無線傳輸供電、應(yīng)用于太陽能發(fā)電等。通過分析關(guān)鍵技術(shù)，使相關(guān)人員更好的了解無線輸電內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：無線輸電技術(shù)；微波系統(tǒng)；電磁波發(fā)射器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.153

0 引言

無線輸電技術(shù)是指電流不經(jīng)過電線電纜等有線設(shè)備，從發(fā)電端傳送到接收端的一種新技術(shù)。電力企業(yè)如果使用了無線輸電技術(shù)，就能避免架設(shè)輸電線路、安裝變電站等設(shè)備，從而降低成本，同時減少電在傳輸過程中，造成電線、變壓器等電網(wǎng)設(shè)備浪費。但是無線輸電技術(shù)還未正式應(yīng)用于電力傳輸領(lǐng)域，因此，相關(guān)人員要加大科研力量來發(fā)展無線輸電技術(shù)，從而滿足社會用電需求。

1 無線輸電關(guān)鍵技術(shù)的具體內(nèi)容

1.1 電磁感應(yīng)原理

電磁感應(yīng)是無線輸電關(guān)鍵技術(shù)之一，是指電在傳輸?shù)倪^程中，通過電磁感應(yīng)原理來引起電力動勢，產(chǎn)生電流。它類似于變壓器的工作原理，主要的工作流程是：在發(fā)電模塊的原邊點通入交變電流，在發(fā)電模塊的另一邊就會由于電流的動勢產(chǎn)生電力感應(yīng)，形成感應(yīng)電流。它的電流方向按照楞次定律進(jìn)行，能夠通過麥克斯韋電磁理論解出電流大小。相對于電磁感應(yīng)而言，變壓器的原邊就是電流輸出端，而另一邊就是接收端，這樣可以通過無導(dǎo)線連接的方式進(jìn)行無線輸電技術(shù)，能夠大大的降低輸電成本。

1.2 磁耦合共振原理

磁耦合共振是指通過發(fā)射和接收線圈產(chǎn)生共振系統(tǒng)，從而達(dá)到輸運電能的技術(shù)。它的工作原理有三點：（1）通過調(diào)整發(fā)射端的電流發(fā)射頻率，來引起震動。這種震動不是彌散式的普通電波，而是一種能夠轉(zhuǎn)化電能，將其變?yōu)榇艌觯缓笸ㄟ^非輻射的方式發(fā)送給接收端，當(dāng)接收端通過同樣的原理，將電波反射回來，就能夠在共振系統(tǒng)中形成電力回路，當(dāng)接收端和發(fā)射端的固有頻率相同時，電流就會傳送流動。（2）這種共振效果的頻繁反復(fù)，就能在感應(yīng)器上聚集足夠多的能量，形成動能轉(zhuǎn)化電能的化學(xué)反應(yīng)，從而實現(xiàn)無線輸電。同時，沒有被共振端接受的動能會被發(fā)射端吸收，在下一次轉(zhuǎn)換的時候釋放。（3）電波具有彌散性，非輻射性共振系統(tǒng)能夠增加電波的彌散作用，因此，這種磁耦合共振系統(tǒng)不適用于長距離的無線輸電，它要求系統(tǒng)發(fā)射端和接收端要在一定范圍之內(nèi)，才能發(fā)揮作用[1]。

1.3 微波無線輸電原理

相較于以上兩種無線輸電技術(shù)來說，微波輸電技術(shù)由于波長、具有定向性、彌散程度小的特點，能夠更好的適用于遠(yuǎn)程電力傳輸。這種傳輸?shù)倪^程也更加復(fù)雜，主要由電源、電磁波發(fā)射器、發(fā)射接收裝置等構(gòu)成。主要的工作原理是通過微波發(fā)射器，將電源變?yōu)榇蠊β实母哳l電磁波，發(fā)送給天線，天線在接收到電波之后，將其輸入到整流器中。整流器能夠產(chǎn)生高電壓，然后經(jīng)過變電器進(jìn)入有線電網(wǎng)。因此，整流器是微波無線輸電的關(guān)鍵步驟，能夠?qū)⒋蠊β?、高電壓的電流轉(zhuǎn)換為低電壓、低電流。

2 無線輸電關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用展望

2.1 應(yīng)用于日常輸電

無線輸電技術(shù)如果成功投入使用，將會引起產(chǎn)業(yè)變革，帶動生產(chǎn)力發(fā)展，主要有兩方面影響：（1）家居產(chǎn)業(yè)。在家庭電路網(wǎng)中，很多藏在墻里面的電線、插座等，在運用無線輸電技術(shù)之后，能夠省去這些電線。同時，也可以降低因為觸碰開關(guān)引起的事故，極大的提高了安全性能。隨著科技的發(fā)展，越來越多的家庭產(chǎn)品應(yīng)用了無線輸電技術(shù)，例如，電冰箱、電視機(jī)等。在2010年1月，第四十三屆國際消費類電子產(chǎn)品展覽會（CES展）上，海爾推出了全球首臺“無尾電視”，并且宣布這臺電視使用了麻省理工學(xué)院發(fā)明的無線輸電技術(shù)，是利用了“磁耦合共振”原理實現(xiàn)了電視無線供電。（2）無線輸電技術(shù)還能夠應(yīng)用在公共場所，比在電車。據(jù)《人民日報海外版》報道，在日本，已有科學(xué)家通過研發(fā)電磁感應(yīng)輸電技術(shù)，實現(xiàn)一定范圍內(nèi)有軌電車無線輸電，相信在不久的將來，會有越來越多的應(yīng)用電磁感應(yīng)輸電技術(shù)的產(chǎn)品出現(xiàn)。

2.2 在電力線路架設(shè)難度大的地方輸電

如果想要在高山、凍土地帶、沙漠等地區(qū)進(jìn)行輸電架設(shè)，需要非常高的技術(shù)，而且這些地區(qū)的電路維修也是非常困難，通過無線輸電技術(shù)取代傳統(tǒng)的架空線路輸電，能夠滿足特殊地區(qū)的用電需求，同時能夠保障相關(guān)人員的人身安全。無線輸電技術(shù)主要有以下三個優(yōu)勢：（1）通過無線輸電技術(shù)給一些分散的、處于深山中的用電戶輸送電力，能在滿足用戶需求的前提下，提高經(jīng)濟(jì)效益。（2）通過為長期在惡劣條件下的機(jī)器人進(jìn)行無線輸電，可以解決機(jī)器人因為電池電量耗盡，無法繼續(xù)工作的問題。（3）電力系統(tǒng)是復(fù)雜的又龐大的集合體，因此有許多精密的儀器和零部件，這些零部件能夠使供電系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，但同時也會產(chǎn)生斷電現(xiàn)象，因此可以通過無線輸電技術(shù)對這些零部件單獨輸電，從而保證平穩(wěn)供電[2]。

2.3 應(yīng)用于空間太陽能發(fā)電站供電

無線輸電技術(shù)能夠應(yīng)用于地球外層空間輸電，例如太陽能發(fā)電站。相關(guān)人員通過微波輸電技術(shù)，將電波從太陽能發(fā)電基地傳送到地球接收站，能夠最大化的利用太陽能發(fā)電。太陽能發(fā)電站應(yīng)用無線技術(shù)主要體現(xiàn)在兩方面：（1）太陽能電池直接將光能轉(zhuǎn)化為電能，利用無線輸電技術(shù)實現(xiàn)自主供電，來維持蓄電池的工作。（2）用太陽能聚光鏡將陽光收集起來，作為發(fā)電源，再通過無線輸電技術(shù)傳回地球。因此，通過無線輸電技術(shù)進(jìn)行太陽能發(fā)電傳送，能夠有效的解決電力來源，減少使用火力發(fā)電，節(jié)能環(huán)保。

3 結(jié)束語

綜上說述，掌握無線輸電技術(shù)能夠保證輸電安全。在此基礎(chǔ)上，通過使用電磁感應(yīng)輸電技術(shù)、取代傳統(tǒng)的架線輸電技術(shù)，能夠使有軌電車完成無線輸電、滿足工作機(jī)器人用電；同時通過興建太陽能發(fā)電站、使用微波技術(shù)輸電能夠解決電力能源問題。因此通過無線輸電技術(shù)，可以解決電力傳輸問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]傅林，李壽強.無線輸電發(fā)展動態(tài)及新趨向[J].成都工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2015（1802）：41-44.

[2]程時杰，陳小良，王軍華，文勁宇，黎靜華.無線輸電關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用[J].電工技術(shù)學(xué)報，2015（3019）：68-84.