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文档简介
1、1无线电力传输技术无线电力传输技术 任晶鼎任晶鼎 2015年9月21日待解决的问题待解决的问题 电磁辐射安全安全问题电磁兼容兼容问题系统整体性能性能的提高产品推广中的标准标准统一电力公司如何计费、收费电磁辐射安全问题电磁辐射安全问题 传统供电传统供电:传输路径上,能量可控。无线通讯无线通讯:微小功率。无线电力传输无线电力传输:路径上能量不易控;能量功率较大。电磁辐射安全问题电磁辐射安全问题 危害机理危害机理:热效应热效应:人体是导体,接受电磁波而产生涡流,发热。非热效应非热效应:人体组织和器官存在微弱电磁场,受电磁波而破坏平衡,影响人体机能。积累效应积累效应:高能电磁辐射造成的危害未来得及自我
2、修复之前再次受到辐射,伤害程度就会积累。电磁辐射安全问题电磁辐射安全问题 高能量的能量密度势必会对人身安全及健康带来影响。 如:地磁场50-60T,核磁共振0.5-4T;阳光的功率密度一般为100mW/cm2。所以采用无线输电时要考虑避免对人身的伤害。电磁辐射安全问题电磁辐射安全问题 电磁感应短程传输电磁感应短程传输低频磁场会随着距离的增加而快速衰减。如果要增加供电距离,只能加大磁场的强度。会增加电能的消耗;可能会导致附近使用磁信号来记录信息的设备失效。 电磁辐射安全问题电磁辐射安全问题 电磁耦合共振中程传输电磁耦合共振中程传输“中程”距离:可达感应线圈半径8倍的距离。发射装置与能量源相连,并
3、不向外发射电磁波,而是利用振荡器产生高频振荡电流,在发射线圈周围形成一个非辐射非辐射磁场磁场,即将电能转换成磁场;当接收装置的固有频率与收到的电磁波频率相同时,接收电路中产生的振荡电流最强振荡电流最强,完成磁场到电能的转换,从而实现电能的高效传输。电磁辐射安全问题电磁辐射安全问题 电磁辐射安全问题电磁辐射安全问题 电磁耦合共振中程传输电磁耦合共振中程传输能量的传输是在一个共振系统内部进行,对系统外的物体(非共振频率)不会产生影响。一般情况,其磁场强度与地磁场相似, 50-60T电磁辐射安全问题电磁辐射安全问题 微波微波/激光远程传输激光远程传输无线电波波长越短,其定向性越好,弥散越小;电力通过
4、振荡器变换成微波/激光电力,从送电的天线向远处以微波/激光形式无线送电;接收天线由半波长的偶极天线、整流二极管、低通滤波器及旁路电容组成,可接收微波/激光并转为直流电力。电磁辐射安全问题电磁辐射安全问题 微波微波/激光远程传输激光远程传输微波:频率为300MHz300GHz的电磁波 ;现有的研究中,两种频率比较常用:2.45GHz、5.8GHz,可穿越云层。激光:3.846*10(14)Hz到7.895*10(14)Hz。障碍物会影响激光与接收装置之间的能量交换,穿越云层能量损耗大。在接收整流天线口径面以外的区域口径面以外的区域基本都是符合辐射安全标准的,在接收天线口径面内口径面内的辐射相对较
5、强,需要在接收系统外围建立保护禁区。目前一般采用的微波功率密度约为5mW/cm2电磁兼容问题电磁兼容问题 无线能量传输系统在工作时周围空间会存在高频电磁场,这无线能量传输系统在工作时周围空间会存在高频电磁场,这就要求系统本身具有较高的电磁兼容指标。就要求系统本身具有较高的电磁兼容指标。电磁兼容性问题三个因素:电磁干扰源;电磁干扰源;耦合途径;耦合途径;敏感设备敏感设备。从这三个因素入手,对症下药,消除其中某一个因素,就能解决电磁兼容问题。因此采取有效的抗干扰措施抗干扰措施、屏蔽技术屏蔽技术、合理使用电磁波不同的频段合理使用电磁波不同的频段、避免交叉避免交叉、重叠重叠等造成不必要的电磁干扰。微波
6、电磁兼容问题微波电磁兼容问题微波:频率为300MHz300GHz的电磁波 ;现有的研究中,两种频率比较常用:2.45GHz、5.8GHz,这两个频率已经分配给ITUR无线广播、工业和医学当中使用。同频率间的电磁干扰是必须考虑的。同频率间的电磁干扰是必须考虑的。电磁兼容问题电磁兼容问题 整体性能的提高整体性能的提高 电磁感应式电磁感应式:包括输入整流输入整流、高频逆变高频逆变、可分离变压器可分离变压器和输出整流输出整流滤波等环节。可分离变压器按其原边与副边的相对运动状况又可分为:静止、旋转和相对运动三种形式。整体性能的提高整体性能的提高 电磁感应式电磁感应式:满足要求的前提下,缩短传输距离缩短传
7、输距离,提高效率;提高原边与副边的横向位置精确度位置精确度;避免金属异物避免金属异物进入传输线圈之间引起局部发热现象。整体性能的提高整体性能的提高 电磁耦合共振式电磁耦合共振式:由RF电路产生与谐振线圈固有频率相同的高频正弦信号,经过线性功率放大之后,注入到发送端LC谐振线圈,经过非辐射性高频磁场耦合,能量传递到接收端谐振线圈,经过输出整流滤波之后为负载供给能量。整体性能的提高整体性能的提高 电磁耦合共振式电磁耦合共振式:传输距离一般为8倍线圈距离。缩小铜线圈缩小铜线圈;增大传输距离增大传输距离。整体性能的提高整体性能的提高 微波式微波式:系统先把电能转换成微波(采用的典型频率约为2.4GHZ
8、),经过发射天线将能量由自由空间传递到接收天线,再经过微波整流器件,把微波转换成电能,从而实现无线能量传输。整体性能的提高整体性能的提高 微波式微波式:高性能天线;微波源;微波接收整流设备。整体性能的提高整体性能的提高 微波式微波式-高性能天线高性能天线:高方向性天线-八木天线;整体性能的提高整体性能的提高 微波式微波式-高性能天线高性能天线:高方向性天线-反射面天线;整体性能的提高整体性能的提高 微波式微波式-微波源微波源:微波电子管在高电压下可以放大较高功率的微波,具有较高的效率(70%);半导体放大器通常只放大低功率微波,其所需要的电压也比较低,然而它的成本却较高。整体性能的提高整体性能
9、的提高 微波式微波式-整流设备整流设备:硅整流二极管天线硅整流二极管天线:由一个天线及高频整流电路所构成,高频整流电路能够将微波信号经由肖特基二极管整流成直流电源。如:一个微波吸收效率为85%的硅整流二极管天线,其覆盖直径为5km。产品标准的统一产品标准的统一 Qi标准标准产生背景产生背景 设备使用的充电器千差万别,电源插口形式、设备插口形式、电压等级、电流容量均存在较大差异,因此往往每台设备都配有专用的电源转换器,这既产生了极大的浪费和污染。 一个充电设备可供各种不同企业、不同品牌的便携终端充电,Qi应运而来。产品标准的统一产品标准的统一 Qi 标准与无线充电联盟标准与无线充电联盟2008
10、年12 月17 日多家国际电子设备厂商联合成立了无了无线充电联盟线充电联盟(WPC),目标是制定一种在便携式电子产品-手机、电脑配件、照相机、遥控器、医疗及个人护理等各种电子设备中广泛采用的无线充电技术标准无线充电技术标准,即Qi 标准。该标准于2010 年7 月制订,2010 年8 月31 日无线充电联盟宣布已向其成员交付了Qi 标准的第一部分,并将该标准引入了中国。产品标准的统一产品标准的统一 Qi 标准的组成及基本原理标准的组成及基本原理目前WPC 确定的Qi 标准1.0 版本是低功率技术规范,针对不超过5 瓦特的电子设备。针对不超过120 瓦特的中等功率技术规范制定工作也已于2010 年10 月启动。第一部分对无线充电器及接收器的界面界面进行定义;第二部分和第三部分是对产品的表现要求和认证测表现要求和认证测试试的要求。只有获得认证的产品才能允许使用Qi 标识。产品标准的统一产品标准的统一 Qi 标准的组成及基本原理标准的组成及基本原理Qi 标准下的无线充电设备包括:可接公共电源的无线充电板;符合Qi 标准的接收器。后者
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