非接触式电能传输技术的研究与设计
浅谈无线电力传输
浅谈无线电力传输 张业邹代宇陈昊 内容摘要：无线电力传输技术是一项新兴的科技，这项技术未来将很大程度的造福人类。本文将对无线电力传输技术的历史，基本原理，研究现状以及未来前景进行介绍，让人们更好地认识这门新兴技术。 关键词：无线电力传输，电磁感应，耦合，共振，无线充电，改变世界。 一、无线电能传输的发展历史 1820年:安培,安培定理表明电流可以产生磁场。1831年:法拉第,法拉第电磁感应定律是电磁学的一个重要的基本规律。1864年:麦克斯韦建立了统一的电磁场方程,用数学的方法描述电磁辐射。1864年:赫兹证实了电磁辐射的存在。赫兹产生电磁波的设备是VHF和UHF 波段的放电发射机。1891年:特斯拉(NikolaTesla)改善了赫兹的微波发射器的射频功率供应,并申请专利。1893年:特斯拉在芝加哥的哥伦比亚世界博览会展示了他的无线传输的荧光照明灯。1894年:勒布朗(Hutin&LeBlanc)相信可以感应传输电能,并申请了关于一个能传输3KHz电能的系统的美国专利。1894年:特斯拉分别在纽约的第五大道南35号的实验室和休斯敦街46号的实验室通过无线方式点亮了一个单极白炽灯,实验手段用到电力感应、无线共振感应耦合等技术。1894年:钱德拉玻(JagdishChandraBose)使用电磁波信号远距离点燃火药和
触响铃铛,表明不用电线也能传递能量。1895年:钱德拉玻无线传输信号将近一英里远的距离。1896年:特斯拉发射了约48公里(30英里)距离的信号。1897年:马可尼(GuglielmoMarconi)使用超低频无线电发射器传送6公里的摩尔斯电码信号。1897年:特斯拉申请了无线传输的专利。自此，无线电力传输技术真正走上了历史的舞台。 一、无线电能传输的基本原理 无线输电技术根据其应用场合的变化有不同的原理,技术方案也不尽相同。 1.电磁感应原理 此原理与电力系统中常用的变压器原理类似。在变压器的原边通入交变电流,副边会由于电磁感应原理感应出电动势,若副边电路连通,即可出现感应电流,其方向的确定遵从楞次定律,大小可由麦克斯韦电磁理论解出。电力系统中的电压、电流互感器也是采用了类似的原理。相对于无线输电而言,变压器的原边相当于电能发射线圈,副边相当于电能接收线圈,这样就可以实现电能从发射线圈到接收线圈的无线传输。虽然电磁感应原理在电力系统中应用的初衷并不侧重于电能的传输,而是利用能量的转化改变电压、电流的数量级,但其对无线输电确实产生了一定的启发作用, 尤其是电能的小功率、短距离传送。目前使用电磁感应传递电能的主要有电动牙刷, 以及手机、相机、MP3等小型便携式电子设备,由充电底座对其进行无线充电。电能发射线圈安装在充电底座内,接收线圈则安装在电子设备中。这种原理的无
非接触式供电系统
目录 摘要............................................................... I Abstract........................................................... II 1 实验任务及要求. (1) 1.1 实验任务 (1) 1.2 实验要求 (1) 1.3 实验结果说明 (1) 2 非接触供电系统背景 (2) 3 无线传输原理 (3) 3.1微波无线能量传输 (3) 3.2电磁感应式无线传输 (4) 3.3 电磁共振式无线能量传输 (4) 4 磁耦合谐振式无线能量传输系统 (6) 4.1能量传输系统的构成 (6) 4.2耦合谐振系统 (6) 4.3 能量传输过程及其遵循的准则与方程 (6) 5 非接触供电系统方案设计 (8) 5.1 高频振荡电路设计 (9) 5.1.1 设计方案 (9) 5.1.2 晶振电路的工作原理 (11)
5.2 功率放大器设计 (12) 5.2.1 功率放大器原理 (12) 5.2.2 功率放大器分类 (12) 5.2.3 设计方案 (14) 5.2.4功率放大器电路图 (15) 5.3 AC/DC电路方案 (15) 5.4 耦合线圈 (17) 5.4.1 线圈电感 (17) 5.4.2 线圈互感 (18) 5.4.3 传输系统的最佳频率范围 (18) 5.5电路总图及单元电路 (19) 6方案实现与测试 (21) 6.1 直流电源 (21) 6.2 高频晶振振荡电路 (21) 6.3 高频功率放大器 (22) 6.4桥式整流电路 (24) 6.5实现非接触式供电 (24) 6.6 实验结果及说明 (25) 六总结与体会 (27) 参考文献 (28)
无接触电能传输研究现状
无接触电能传输技术的研究现状 广义地说，无接触电能传输(Contactless Power Transfer ，简称CPT技 术泛指一切借助某种载体实现无直接电气连接的电能传输技术。其中，“载体”包括激光、微波、RF无线电波、以及电磁场近场耦合等。但是，由于目前研究最广泛的是基于电磁场近场耦合的CPT技术，因此狭义的CPT技术专指这种基于电磁感应原理，综合利用电力电子技术、磁场耦合技术及控制理论，实现用电设备以非电气接触方式从电网获取电能的技术。CPT技术在不同的领域或者不同的 研究团队有着不同的名称，如生物医电领域称为TET( Tran scuta neous Energy Transmission )技术，在其他领域也称为WET( Wireless Energy Transfer )、CPS( Co ntactless Power Supply )、CLPS(C on tactless Power Stati on )、IPT (I nductive Power Tran sfer )及ICPT (In ductively Coupled Power Tran sfer) 等等，总而言之，所有这些不同的名字都指代着相同的东西，即通过电磁感应的基本原理实现电能无接触传输的技术，这里，我们统称为CPT技术。 美国麻省理工学院的Marin Soljacic 教授等提出一种“ Witricity ”技术， 基于磁共振原理实现较大距离的无线能量传输，2006年底他们展示了可实现2m 距离60W功率传输的演示系统，并在《Scienee》杂志上发表了其研究成果，引起了世界轰动。它的原理是将发送端和接收端的线圈构成了一个磁场耦合共振系统，当发送端产生的振荡磁场频率和接收端的频率相同时，接收端就会产生共振，从而最大化地实现了能量的传输。这种无接触电能传输技术具有传输距离长、能 量损耗较小，传输效率高，传输性能稳定等多方面的优点，因此这种技术吸引了大家更多的关注和研究。 此外，还有一种将电能以微波或激光形式远程传输，发射到远端的接收天线，然后通过整流、调制等处理后使用，这种方式由于传输距离远，系统稳定性较差，发射器发射的大部分能量损耗在传输空间中，致使电磁辐射大、传输效率低， 目前这方面国内外研究的还较少。 通过中国知网，目前能搜索到的国内关于无接触电能传输的文章大概有150篇左右，其中期刊大约有100篇，硕、博士论文有50篇左右。这些文章的内容绝大
无线充电技术综述
无线电能技术综述 微航磁电技术有限公司 简要：叙述了无线电能传输的概念和发展历程，着重对电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式三种无线电能传输进行了详细分析；电磁感应式传输距离近、效率低且需要补偿；电磁共振式是对感应式的突破。可以在几米的范围内传输中等，其研究前景较好；电磁辐射式传输距离远，功率较大，但传输较远距离时需要高效整流天线和高方向性天线，其研制难度较大。关键词：无线电能传输；电磁感应；磁谐振；微波 所谓无线电能传输(Wirelss Power Transmission——wPT)就是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术。无线输电分为：电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式。电磁感应可用于低功率、近距离传输；电磁共振适于中等功率、中等距离传输；电磁辐射则可用于大功率、远距离传输。近年来，一些便携式电器如笔记本电脑、手机、音乐播放器等移动设备都需要电池和充电。电源电线频繁地拔插，既不安全，也容易磨损。一些充电器、电线、插座标准也并不完全统一，这样即造成了浪费，也形成了对环境的污染。而在特殊场合下，譬如矿井和石油开采中，传统输电方式在安全上存在隐患。孤立的岛屿、工作于山头的基站，很困难采用架设电线的传统配电方式。在上述情形下，无线输电便愈发显得重要和迫切，因而它被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。在无线输电方面，我国的研究才刚刚起步，较欧美落后。在此旨在阐述当前的技术进展，分析无线输电原理，为我国在无线输电方面的深入研究提供参考。 1 无线电能传输技术的发展历程 最早产生无线输能设想的是尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)，因而有人称之为无线电能传输之父。1890年，特斯拉就做了无线电能传输试验。特斯拉构想的无线电能传输方法是把地球作为内导体，把地球电离层作为外导体，通过放大发射机以径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8 Hz的低频共振，利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。最终因财力不足，特斯拉的大胆构想没能实现．2 J。其后，古博(Goubau)、施瓦固(Sohweing)等人从理论上推算了自由空间波束导波可达到近100％的传输效率，并随后在反射波束导波系统上得到了验证。20世纪20年代中期，日本的H．Yagi和S．Uda发明了可用于无线电能传输的定向天线，又称为八木一宇田天线。20世纪60年代初期雷声公司(Raytheon)的布朗(w．C．Brown)做了大量的无线电能传输研究工作，从而奠定了无线电能传输的实验基础，使这一概念变成了现实J。在实验中设计了一种效率高、结构简单的半波电偶极子半导体二极管整流天线，将频率2．45GHz的微波能量转换为了直流电。1977年在实验中使用GaAs—Pt肖特基势垒二极管，用铝条构造半波电偶极子和传输线，输入微波的功率为8 W，获得了90．6％的微波——直流电整流效率。后来改用印刷薄膜，在频率2．45 GHz时效率达到了85％。自从Brown 实验获得成功以后，人们开始对无线电能传输技术产生了兴趣。1975年，在美国宇航局的支持下，开始了无线电能传输地面实验的5 a计划 ]。喷气发动机实验室和Lewis科研中心曾将30 kW的微波无线输送1．6 km，微波——直流的转换效率达83％。1991年，华盛顿ARCO电力技术公司使用频率35 GHz的毫米波，整流天线的转换效率为72％。1998年，5．8 GHz印刷电偶极子整流天线阵转换效率为82％。前苏联在无线电能传输方面也进行了大量的研究。莫斯科大学与微波公司合作，研制出了一系列无线电能传输器件，其中包括无线电能传输的关键器件——快回旋电子束波微波整流器。近几年，无线电能传输发展更是迅速。Wildcharge、Powercast、SplashPower、东京大学，相继开发出非接触式充电器。MIT在2007年6月宣布，利用电磁共振成功地点亮了一个离电源约2 m远的60 w电灯泡，这项技术被称为WiTricity。该研究小组在实验中使用了两个直径为50 cm的铜线圈，通过调整发射频率使两个线圈在10 MHz产生共振，从而成功点亮了距离电力发射端
无线电能传输(课程设计)实验报告
实验报告 1.实验原理 与无线通信技术一样摆脱有形介质的束缚，实现电能的无线传输是人类多年的一个美好追求。无线电能传输技术（Wireless Power Transfer, WPT）也称之为非接触电能传输技术（ Contactless PowerTransmission, CPT），是一种借于空间无形软介质（如电场、磁场、微波等）实现将电能由电源端传递至用电设备的一种供电模式，该技术是集电磁场、电力电子、高频电子、电磁感应和耦合模理论等多学科交叉的基础研究与应用研究，是能源传输和接入的一次革命性进步。 无线电能传输技术解决了传统导线直接接触供电的缺陷，是一种有效、安全、便捷的电能传输方法，因而它被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。该技术不仅在军事、航空航天、油田、矿井、水下作业、工业机器人、电动汽车、无线传感器网络、医疗器械、家用电器、RFID识别等领域具有重要的应用价值，而且对电磁理论的发展亦具有重要科学研究价值和实际意义。在中国科协成立五十周年的系列庆祝活动中，无线能量传输技术被列为“10 项引领未来的科学技术”之一。 到目前为止，根据电能传输原理，无线电能传输大致可以分为三类：感应耦合式、微波辐射式、磁耦合谐振式。作为一个新的无线电能传输技术，磁耦合谐振式是基于近场强耦合的概念，基本原理是两个具有相同谐振频率的物体之间可以实现高效的能量交换，而非谐振物体之间能量交换却很微弱。 磁耦合谐振式无线电能传输的传输尺度介于前两者之间，因此也被称之为中尺度（mid-range）能量传输技术，其尺度为几倍的接收设备尺寸（可扩展到几米到几十米）。 除了较大的传输距离，还存在以下优势：由于利用了强耦合谐振技术，可以实现较高的功率（可达到kW）和效率；系统采用磁场耦合（而非电场，电场会发生危险）和非辐射技术，使其对人体没有伤害；良好的穿透性，不受非金属障碍物的影响。因此该技术已经成为无线电能传输技术新的发展方向。
非接触式电能传输技术概述
非接触式电能传输技术概述 上期内容：西电智慧电气杯创新大赛科技前沿最近，非接触式电能传输（Contactless Energy Transfer, CET）技术得到了广泛的研究与关注，为移动设备供电提供了新的路径，即有效避免了线缆、插头和导电滑环；对于一些诸如航空、生物医学、多传感器应用、机器人工业这样的重要领域，CET 技术显著地增加了系统的可靠性，减少了装备的维护工作。本文对基于电力电子电路的CET技术进行了回顾与总结CET，也通常被称为非接触式功率传输（Contactless Power Transfer, CPT）或者无线功率传输（Wireless Power Transfer, WPT）。根据能量传输介质的差异，CET可分为：声波耦合式CET、光学耦合式CET、电场耦合式CET以及当前最流行的磁场耦合式CET（也称为感应式CET），如下图所示。接下来，本文将对这些技术的基本原理、最新进展、优缺点及应用场合进行介绍，其中将重点介绍磁场耦合式CET技术。1、声波耦合式CET技术声波耦合式CET技术的基本原理如下图所示。直流电能通过逆变器、发射器转换为声波，并通过空气、生物或金属介质进行传播；接收电路将接收到的声波转换为交流电能，并在整流、滤波之后供给负载。其中的发射器、接收器通常采用压电材料实现，这种材料受到压力作用时会在两端面间出现电压。因此，利用
压电材料的这一特性可实现机械振动（声波）和交流电的互相转换。 与磁场耦合式CET技术相比，声波耦合式CET技术具有以下特点：1）对于任意尺寸的发射器和接收器，声波耦合式CET技术使用的开关频率可比磁场耦合式CET技术小得多（仅为后者的Cair/Cem倍，其中Cair、Cem分别为声波及电磁波在空气中的传输速度）。因此，电力电子变流器的损 耗也相对较小；2）可在不允许电磁场存在的场合使用；3）当电能传输的方向确定时，系统体积比磁场耦合式CET系 统小；4）通常，声波耦合式CET系统效率比电感性系统 要低；然而，当发射器与接收器距离远大于它们的半径时，系统效率要比电感性系统高。 声波耦合式CET系统的常用场合包括：生物医学（100mW 以下、效率最高为40%）；需要通过金属屏障的无线传输系 统（如核电站的传感器、真空室、气体钢瓶），功率可达1kW，效率为84%。 2、光学耦合式CET技术光学耦合式CET系统的工作方 式类似于远场电磁波或微波能量传输，然而其频率范围位于可见光谱范围（或附近）。系统基本原理是：发射器通过激 光二极管产生带有能量的光束，接收器采用光伏二极管重新转换为电能。虽然目前微波技术已经实现大功率能量的传输，但是当远距离使用时会存在衍射损耗，系统效率会大大降低。
电力电子技术课程设计范例
电力电子技术课程设计 题目：直流降压斩波电路的设计 专业：电气自动化 班级：14电气 姓名：周方舟 学号： 指导教师：喻丽丽
目录 一设计要求与方案 (4) 二设计原理分析 (4) 2.1总体结构分分析 (4) 2.2直流电源设计 (5) 2．3主电路工作原理 (6) 2.4触发电路设计 (10) 2.5过压过流保护原理与设计 (15) 三仿真分析与调试 (17) 3.1 Matlab仿真图 (17) 3.2仿真结果 (18) 3.3 仿真实验结论 (24) 元器件列表 (24) 设计心得 (25) 参考文献 (25) 致谢 (26) 一．设计要求与方案 供电方案有两种选择。一，线性直流电源。线性电源（Linear power supply）是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再经过整流电路整流后，得到脉冲直流电，后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。要达到高精度的直流电压，必须经过稳压电源进行稳压。线性电源体积重量大，很难实现小型化、损耗大、效率低、输出与输入之间有公共端，不易实现隔离，只能降压，不能升压。二，升压斩波电路。由脉宽调制芯片TL494为控制器构成BOOST原理的，实现升压型DC-DC变换器，输出电压的可调整与稳压控制的开关源是借助晶体管的开/关实现的。因此选择方案二。 设计要求：设计要求是输出电压Uo=220V可调的DC/DC变换器，这里为升压斩波电路。由于这些电路中都需要直流电源，所以这部分由以前所学模拟电路知识可以由整流器解决。MOSFET的通断用PWM控制，用PWM方式来控制MOSFET的通断需要使用脉宽调制器TL494来产
生PWM控制信号。 设计方案： 1、电源电路 电源电路采用电容滤波的二极管不控整流电路，220V单相交流电经220V/24V变压器，降为24V交流电，再经二极管不控整流电路及滤波电容滤波后，变为平直的直流电，其幅值在22V~36V之间。 2、主电路 2.1主电路选用升压斩波电路，开关管选用电力MOSFET。 2.2Boost电路的负载为110V、25W白炽灯， 2.3boost电路中，占空比不要超过65%，否则电压大于100V。 3、控制电路的选择与确定 3.1 脉冲发生器TL494 3.2 驱动电路IR2110 二．设计原理分析 2．1总体结构分析 电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，驱动电路，保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断。来完成整个系统的功能。因此，一个完整的降压斩波电路也应包括主电路，控制电路，驱动电路和保护电路这些环节。 直流斩波电路由电源、变压器、整流电路、滤波电路、主电路、控制和驱动电路及保护电路组成。如图2—1所示：
33.适用于旋转导向钻井工具的非接触式电能传输方法
万方数据
万方数据
第２１卷第２期陈红新等：适用于旋转导向钻井工具的非接触式电能传输方法１１５ Ｌ面ｄｉ十虿１，ｉｄ￡＋ｉ（￡）Ｒ—Ｖｏ（６）求解得 ｉ＝皂ｓｉｎ（叫ｔ）ｅ－÷（７） ６Ｕ』一 由式（７）可知，减小回路的电感对提高发射电流有着特别重要的意义。在设计时，发射线圈采用扁带线，以减小电感【４Ｊ。 在理论分析和计算的基础上，采用罗果夫斯基线圈【４’５］对发射线圈中的电流进行了测量。罗果夫斯基线圈的结构如图７所示，传输被测电流的导体从线圈中心穿过，设电流传输导线与罗果夫斯基线圈每匝中心的距离为ｒ，被测电流为ｉ（￡），则穿过线圈每匝的磁感应强度Ｂ，为 Ｂ，＝／ｚｉ（￡）／（２丌，．）（８） 图７用罗果夫斯墨线圈测量发射电流 感应电压乱（￡）与Ｂ，的关系为 “（￡）一，ｚＳ挚（９）根据式（８）可推出 础）＝筹掣ｔｉｔ＝Ｍ警（１０） Ｚ丁ｃｒａ￡ 式（１０）中，２为线圈匝数；Ｓ为每匝线圈的面积；Ｍ＝ｐｎＳ／（２ｒｔｒ）。 式（１０）中，示波器测出的电压配（￡）与被测电流ｉ（￡）的导数成正比，为了得到Ｕ（￡）与ｉ（￡）的正比关系，在电路中设置了Ｒ、Ｃ积分电路。当电缆的波阻抗Ｚ远远大于罗果夫斯基线圈的感抗∞Ｌ时，可略去测量线圈的内压降，认为Ｕ（￡）全部降落在Ｚ上。另外，通过对积分电路中Ｒ、Ｃ的选择可使Ｒ》１／（ｃＪＣ，因而可认为通过Ｃ的电流ｉｃ（￡）≈“（￡）／Ｒ，故Ｃ上的电压“ｃ（￡）为 “ｔ）一钟幽）一志弘ｍ 一志『Ｍ警一拦ｍ，…， 测量过程中需要消除强磁场在电缆外皮中产生的噪声电流而引起的共模干扰，这种噪声电流引起的电压降将耦合到被测信号上。干扰信号的大小与电缆的耦合阻抗有关，即 Ｚ—ＶＮ／ｔＮ（１２）式（１２）中，Ｖ。为噪声电压，ＪＮ为噪声电流。为消除干扰，采取了如下措施：采用双屏蔽电缆，减小感生电流和耦合阻抗；缩短接地回路，消除地电位升高而造成的影响。采用以上措施后获得良好的效果，对比情况如图８和图９所示。 ８ ４ －４ －８ 八八／＼八 ．Ｖ１Ｖ２Ｖ卜“Ｉ 图８采取抗干扰措施后的测试结果 图９未采取抗干扰措施的测试结果 ４结束语 针对导向钻井工具的特点，设计了一种适合于旋转件与非旋转件之间的非接触式电能发射系统。采用单片机、驱动电路、脉冲变压器、脉冲电容器等小体积、高电压、大电流器件，制作了高能量密度的电能发射装置，通过慢充电、快放电方式在发射线圈上产生冲击大电流。在理论分析和计算的基础上，采用罗果夫斯基线圈对发射电流进行了测量，测量过程中采用了良好的屏蔽和接地等噪声抑制措施，得到了满意的结果，发射线圈上的实测电流峰值为８ｋＡ。研究结果表明，包括发射线圈在内的电能发射电路的Ｒ、Ｌ、Ｃ等参数对发射电流的影响 （下转第１１９页） 万方数据
浅谈无线电能传输的发展趋势
龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/c88221428.html, 浅谈无线电能传输的发展趋势 作者：李晨晨 来源：《科教导刊·电子版》2013年第36期 摘要文章叙述了无线电能传输的概念和发展历程，着重对电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式三种无线电能传输进行了分析。同时，也总结概括了无线电能传输对我国经济发展的优势以及发展前景。 关键词无线电能传输能量传输感应电能 中图分类号：TM472 文献标识码：A 1无线电能传输的概念及优势 无线电能传输（Wirelss Power Transmission——WPT）是指借助于一种特殊的设备将电源的电能转变为电磁场或电磁波等无线传播的能量，在接收端又将无线能量转变回电能进行传递的一种技术。无线输电分为：电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式。电磁感应可用于低功率、近距离传输；电磁共振适于中等功率、中等距离传输；电磁辐射则可用于大功率、远距离传输。 传统的直接接触式电能传输存在例如产生接触火花，影响供电的安全性和可靠性，甚至引起爆炸，造成重大事故等弊端。同时，近年来，一些便携式电器如笔记本电脑、手机、音乐播放器等移动设备都需要电池和充电。电源电线频繁地拔插，既不安全，也容易磨损，并且错综复杂的电线既限制了设备移动的灵活性，又影响了环境的美观。一些充电器、电线、插座标准也并不完全统一，这样既造成了浪费，也形成了对环境的污染。无线电能传输技术有效克服了传统导体物理接触传输方式带来的磨损、火花、不灵活等一系列缺点和不足，目前得到了广泛关注和研究。 同时随着能源问题的突出，怎样能最好地利用现有的能源，已经越来越多地引起人们的重视和关注，无线电能传输技术作为新型的电能传输技术，是实现能源高效利用的重要途径之一。 2无线电能传输技术分类 到目前为止，根据电能传输原理，无线电能传输可以分为以下三类：（1）电磁感应式，通过一个线圈给另外一个线圈供电，虽然具有传输效率高的优点，但传输距离被限制在厘米级范围内，效率受位置偏差的影响较大，还存在当异物进入时会发热和高频波泄露等问题。这种非接触式充电技术在许多便携式终端里应用日益广泛。（2）谐振耦合式，发射和接收装置通过磁场或电场建立的传输通道相互耦合，在谐振频率下传输效率达到最大，适合用于中等距离的无线电能传输；谐振技术在电子领域应用广泛，但是，在供电技术中应用的不是电磁波或者
无线电能传输装置设计报告
无线电能传输装置设计报告 摘要 磁耦合谐振式无线电能传输是众多短距离电能特殊传输技术之一，它因其便捷，节 能环保而受到广泛关注。现在磁耦合谐振式无线电能传输距离已经可以达到米级的范围，甚至有些技术还能穿透障碍物，相信当无线传输距离问题解决以后该技术无疑对无线电能技术的发展具有重大的意义。该文主要讲述了运用磁耦合谐振无限能量传输的原理设计制作的小型无线电能传输设备。该设备主要包括驱动发射线圈电路，磁耦合谐振传输电路，磁耦合谐振接收电路，整流滤波电路，以及显示电路模块等。当发射和接收端都达到谐振频率时即可实现能量的最大传输。该设备在题目要求下可实现10cm以上，效率高达26%的能量传输，并且可以实现点亮30cm以外的2W的灯泡。 关键词磁耦合谐振无线电能传输发射距离接收效率 一、设计任务 设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图1所示。 要求：（1）保持发射线圈与接收线圈间距离x =10cm、输入直流电压U1=15V时，调整负载使接收端输出直流电流I2=，输出直流电压U2≥8 V，尽可能提高该无线电能传输装置的效
率η。（2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED 灯（白色、1W）。在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x。 二、方案论证 驱动发射线圈电路 方案一 ：采用集成发射芯片XKT408和T5336搭建发射驱动电路。无线充电/供电主控制芯片XKT-408A，采用CMOS制程工艺，具有精度高稳定性好等特点，其专门用于无线感应智能充电、供电管理系统中，可靠性能高。XKT-408A芯片负责处理该系统中的无线电能传输功能，采用电磁能量转换原理并配合接收部分做能量转换及电路的实时监控。 其主要特点为：
文无线电能传输文献综述
本科毕业设计论文 文献综述 题目：电能无线传输装置的硬件设计 作者姓名 指导教师 专业班级 学院信息工程学院 提交日期2016年3月7日
电能无线传输装置的硬件设计 姓名：专业班级： 摘要：无线电能传输技术是通过电磁感应、电磁共振、电磁辐射等多种形式实现非接触式的新型电能传输，能帮助使我们摆脱传统的电能传输方式的各种缺点。文章阐述了无线电能传输技术的研究背景，介绍了该传输方式的各种优点，以及在国内外的研究发展历程。之后叙述了现有理论框架下的三种无线电能传输技术，并比较了四种技术的特点。文章的最后，阐述了无线电能传输技术的应用前景和领域。 关键词：无线电能传输；电磁感应；电磁共振；电磁辐射；传输效率 1 研究背景及意义 人类社会自第二次工业革命以来，便进入了电气化时代。大至遍布世界各地的高压线、电网，小至各种各样的家用电气设备，传统的电能传输主要通过金属导线点对点，属于直接接触传输。这种传输方式使用电缆线作为媒介，在电能传输的过程中将不可避免的产生一些问题。例如尖端放电、线路老化等因素导致的电火花，不仅会使线路损耗增大，还会大大降低供电的可靠性和安全性[1]，且会缩短设备的寿命。在油田、钻采矿井等场合，用传统的输电方式容易由于摩擦而产生微小电火花，严重时甚至引起爆炸，造成重大的事故。在水下，导线直接接触供电还有电击的危险[2-4]。这一系列的问题都在呼唤着一种摆脱金属电缆的电能传输方式，即无线电能传输。无线电能传输（WPT）是一种有效的新型电能传输方法，通过无线电能传输，不需要使用电缆或其他实物就能进行电能的传输，电能可以通过短距离耦合，中等范围的谐振感应和电磁波感应传输，在很难使用传统电缆的地方也可以实现电能传输[5]。 实现无线电能传输，将使人类在电能方面的应用更加宽广和灵活。电能的无线传输技术将开辟人类能源的另一个新时代,给大众带来非同凡响的意义和影响。
无线电能传输系统设计
本科毕业论文（设计） 题目中短距离小功率 无线电力传输系统设计 指导教师张军职称讲师 学生姓名陈昂学号20091526102 专业通信工程（无线移动通信方向） 班级2009级无线移动通信1班 院（系）电子信息工程学院 完成时间2013年4月20日
中短距离小功率无线电力传输系统设计 摘要 移动互联网的井喷式繁荣，移动互联设备（MID）层出不穷的涌现，电池技术瓶颈的限制已难以满足人们的用电需求；物联网的深入发展，越来越广泛的网络节点能量供给等都要求更为先进的无线能量传输技术的发展，尤其是中短距离中小功率的无线电能传输的发展。两者共同昭示着无线电能传输光明的未来。 本文对无线电能传输（WPT）做出了简要但系统的介绍，并对其中的微波输能技术(MPT)做出了深入的探讨，在此基础上建立起了中短距离中小功率无线电力传输系统模型，即为MPT-MDSP式系统的模型。这种系统是由发射和接收两部分组成，发射部分用声表面波射频发生电路将DC转变成RF并通过特制天线辐射出去，接收部分再通过接收天线接收RF能量，用整流电路将RF转变成DC，供应用电设备。 关键词无线电能传输（WPT)/微波输能 (MPT) /天线
MIDDLE DISTANCE & SMALL POWER WIRELESS POWER TRANSPOTAION SYSTEM ABSTRACT The Wireless Power Transportation (WPT) shows a outstanding necessity in our today`s daily life .For one thing The Mobile Internet device (MID) comes out one after another because of The prosperity of Mobile Internet.The limitations of the technology bottleneck in battery capacity can not fit people`s requirement in these devises .For another the booming of Internet of Things brings large quantity of net nodes .These nodes cannot be charged easily.However,WPT will be the best way to solve this problem.Especially,the Middle Distance & Small Power Wireless Power Transportation System(WPT-MDSP) will plays a great role in these scopes. In this paper ,I made a brief but clear introduction of the WPT,and a thorough discussion in Microwave Power Transportation (MPT) ,which was used to leed to the applied system WPT-MDSP .This system contains two parts,the eradiation part and the Receive part .The first part works for changing Direct-current（DC）into R adiofrequency （RF）,the other does the converse work.Both of them are designed for exclusive use. They works together to charge the Electrical equipment. Key words Wireless Power Transportation (WPT)/ Microwave Power Transportation (MPT)/Antenna
高二物理鲁科版选修3-2 4.3电能的远距离传输 教案
4.3电能的远距离传输 ［课时安排］1课时 ［教学目标］： （一）知识与技能 1．知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。 2．知道降低输电损耗的两个途径。 3．了解电网供电的优点和意义。 （二）过程与方法 通过思考、讨论、阅读，培养学生阅读、分析、综合和应用能力 （三）情感、态度与价值观 1．培养学生遇到问题要认真、全面分析的科学态度。 2．介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情。 ［教学重点］ 找出影响远距离输电损失的因素，使学生理解高压输电可减少功率与电压损失。 ［教学难点］：理解高压输电原理，区别导线上的输电电压U和损失电压ΔU。 ［教学器材］：投影仪、投影片 ［教学方法］：自学讨论法、阅读法、讲解法。 ［教学过程］ （一）引入新课 师：人们常把各种形式的能（如水流能、燃料化学能、核能）先转化为电能再进行传输，这是因为电能可以通过电网来传输，那么电能在由电厂传输给用户过程中要考虑什么问题？这节课我们就来学习远距离输电的知识，请同学们认真仔细地阅读教材，回答老师提出的下列问题（屏幕上打出）。 （二）进行新课 1．降低输电损耗的两个途径 问题1：输送电能的基本要求是什么？ 问题2：远距离大功率输电面临的困难是什么？ 问题3：输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低输电损耗的两个途径是什么？
问题4：如何减小输电线的电阻呢？ 问题5：如何减小输电线中的电流呢？阅读并回答教材49页“思考与讨论”中的问题。 问题6：以上两个途径中，哪一个对于降低输电线路的损耗更有效？举例说明。 问题7：大型发电机发出的电压不符合远距离输电的要求，怎么办？而到达目的地的电压也不符合用户的要求，怎么办？ 问题8：投影片展示我国远距离高压输电情况及远距离高压输电的原理。如下图所示。 设发电机的输出功率为P，则功率损失为 ΔP=I22R 用户得到的功率为P用=P-ΔP. 输电线路上的电压损失为：ΔU=I2R，则U3=U2-ΔU. 问题9：目前，我国常用的远距离输电采用的电压有哪几种？ 问题10：是不是输电电压越高越好？为什么？ 问题11：采用电网供电的优点是什么？ 2．高压交流输电 高压输电的优点 【例1】远距离输送交变电流都采用高压输电。我国西北电网正在建设750kV线路。采用高压输电的优点是（） A．可节省输电线的铜材料 B．可根据需要调节交流电的频率 C．可减少输电线上的能量损耗 D．可加快输电的速度 远距离输电的过程 【例2】某小型水电站发电机输出的电功率为100 kW，输出电压250 V，现准备向远处输电，所用输电线的总电阻为8 Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的
电力电子技术课程设计报告
电力电子课程设计报告题目三相桥式全控整流电路设计 学院：电子与电气工程学院 年级专业：201５级电气工程及其自动化 姓名： 学号: 指导教师：高婷婷,林建华 成绩:
摘要 整流电路尤其是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要同时也是应用得最为广泛的电路，不仅用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统,能源系统及其他领域,因此对三相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义,这不仅是电力电子电路理论学习的重要一环,而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用，因此调试三相桥式可控整流电路的相关参数并对不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有一定的现实意义。 关键词：电力电子,三相，整流
目录 1 设计的目的和意义………………………………………１ 2 设计任务与要求 (1) 3 设计方案 (1) ?３.1三相全控整流电路设计 (1) 3.1.１三相全控整流电路图原理分析 (2) ?3.１.2整流变压器的设计 (2) ?3．1.3晶闸管的选择 (3) 3.2 保护电路的设计 (4) 3．2.1变压器二次侧过压保护 (4) ?3．2.2 晶闸管的过压保护………………………………………………４ 3.2．3 晶闸管的过流保护………………………………………………５ 3.3 触发电路的选择设计 (5) 4 实验调试与分析 (6) 4.１三相桥式全控整流电路的仿真模型 (6)
4.2仿真结果及其分析……………………………………………７ 5 设计总结 (8) 6 参考文献 (9)
1 设计的目的和意义 本课程设计属于《电力电子技术》课程的延续，通过设计实践，进一步学习掌握《电力电子技术》,更进一步的掌握和了解他三相桥式全控整流电路。通过设计基本技能的训练,培养学生具备一定的工程实践能力。通过反复调试、训练、便于学生掌握规范系统的电子电力方面的知识，同时也提高了学生的动手能力。 2 设计任务与要求 三相桥式全控整流电路要求输入交流电压2150,10,0.5U V R L H ==Ω=为阻 感性负载。 １.写出三相桥式全控整流电路阻感性负载的移相范围,并计算出直流电压的变化范围 2.计算α=60°时，负载两端电压和电流，晶闸管平均电流和有效电流。 3.画出α=60°时，负载两端 d U 和晶闸管两端 1 VT U 波形。 4.分析纯电阻负载和大电感负载以及加续流二极管电路的区别。 5.晶闸管的型号选择。 ３ 设计方案 ３.１三相全控整流电路设计
无线能量传输研究现状文献综述
无限能量传输研究现状文献综述 摘要：无线能量传输技术近年来得到了极大的发展，在诸多领域得到了广泛的应用。该技术不依赖于有线的传输媒介，对于有线供电部署困难的场景尤其是人体内部医用装置的供电具有重要的意义。本文将重点介绍无线能量传输技术的发展，传输方式，传输中遇到的问题以及国内外的研究现状。 关键词：无线能量传输；无线供电；电磁耦合；磁场共振 Abstract: In recent years ，wireless energy transmission technology has been a great deal of development, has been widely used in many fields. This technique does not rely on a wired transmission medium, for wired powered deployment difficulties scene especially the power supply of the medical device inside the human body, has important significance. This article will focus on the development of wireless energy transmission technology, transmission mode, the problems encountered in the transmission as well as the research status of the domestic and foreign. Key words: wireless energy transfer, wireless power supply, Electromagnetic coupling，magnetic field resonance. 1．前言 1.1背景简介及其应用 无线能量传输是指通过无线的方式来实现能量从能量源传输到负载的一个过程。事实上，无线能量传输并不是什么新概念，早在1891年，尼古拉〃特斯拉就证实了无线能量传输，2001 年5 月，法国国家科学研究中心的皮格努莱特(G.Pignolet)，利用微波无线传输电能点亮40m 外一个200W 的灯泡。2006 年末，物理学教授马林〃索尔贾希克为首的研究团队试制出的无线供电装置，可以点亮相隔7 英尺(约2.1m) 远的60W 电灯泡，能量效率可达到40％。2007年，美国麻省理工学院朝着无线能量传输迈出了革命性的一步，展示了一种能够替代现有笔记本、手机充电的方式，MIT的研究小组将这一概念称之为非辐射电磁场。2008 年8 月的英特尔信息技术峰会(IDF：Intel Developer Forum)上演示了无线供电方式点亮一枚60W 电灯泡，可以在1m距离内隔空给60W 灯泡提供电力，效
2018Multisim仿真无线电能传输项目设计
无线电能传输项目设计
一 预备知识 (一)项目设计的目的: (1)在实践中对现代电工技术的理论知识做进一步巩固; (2)锻炼对综合运用能力。 (二)实验内容与要求: 在不采用专用器件(芯片)的前提下,设计一个非接触供电系统。原理电路如 下图所示,实现对小型电器供电或充电等功能。 (三)要求 用仿真软件对电路进行验证,使其满足以下功能: (1)供电部分输入36V 以下的直流电压,具有向多台电器设备非接触供电的 功能。 (2)在输出功率≥1W 的条件下,转换效率≥15%,最大输出功率≥5W 。 (3)设计报告必须包括建模仿真结果 (4)利用multisim 生成PCB 板 D 功放 AC/DC 耦合线圈 耦合线圈 振荡器 充电电路 电源
二无线电能传输技术 (一)无线能量传输技术介绍 根据电能传输原理,可将 WPT 技术分为三种:射频或微波 WPT、电磁感应式WPT、电磁共振式 WPT,下面分别予以介绍。 1微波无线能量传输 所谓微波 WPT,就就是以微波(频率在 300MHz-300GHz 之间的电磁波)为载体在自由空间无线传输电磁能量的技术。利用微波源将电能转变为微波,由天线发射,经长距离的传播后再由天线接收,最后经微波整流器等重新转换为电能使用。 微波频率传输所具备的“定向、可穿透电离层”等特性,使得该能量传送方式早在20世纪60年代初期就受到人们的关注,并在远程甚至超距能量传输场合有着重要的应用价值。微波WPT主要用于如微波飞机、卫星太阳能电站等远距输电场合,其中卫星太阳能电站作为人类应对能源危机的有效策略已成为美国、日本等国大力发展的重要航天项目。 目前,限制微波 WPT 技术进一步发展的主要技术瓶颈在于高效微波整流器件、大功率微波天线以及大功率微波电磁场的生物安全性与生态环境的影响问题。然而,由于工作频率高、系统效率较低,微波 WPT 并不适合于能量传输距离较短的应用场合。 2电磁感应式无线能量传输 电磁感应式 WPT 就是基于电磁感应原理,利用原、副边分离的变压器,在较近距离条件下进行无线电能传输的技术。目前较成熟的无线供电方式均采用该技术,典型的应用包括新西兰国家地热公园的 30kW 旅客电动运输车、Splash power 公司的无线充电器等。可以瞧出,无论就是小功率的消费类电子产品还就是大功率 EV 无线供电系统,电磁感应式 WPT 技术都可有效实现无线供电。 然而,电磁感应式 WPT 仍存在一系列问题:传输距离较短,距离增大时效率急剧下降;传输效率对非接触变压器的原、副边的错位非常敏感等等。
电力电子技术课程设计报告
电力电子技术课程设计 报告书 专业班级：16电气2班 姓名：王浩淞 学号：2016330301054 指导教师：雷美珍
目录 1、webench电路设计 1.1设计任务要求 输入电压为（8V-10V），输出电压为5V，负载电流为1A 1.2设计方案分析 图1.3.1主电路原理图 图1.3.2元器件参数 图1.3.3额定负载时工作值
图1.3.4输出电流和系统效率间的关系 如图1.3.4所示，在输出电流相同的情况下，输入电压越小，系统的稳态效率越高，因此提高效率的最直接方式就是降低系统的输入电压，其次在输入电压相同的情况下，我们可以调节输出电压的大小，使系统效率达到最大，例如当输入电压为9.0V时，根据图像输出电流为0.40A的时候效率最高。第二种方法是改变元器件的参数，通过使用DCR(直流电阻)小的电感元件来实现输出纹波电压降低。 1.3主芯片介绍 TPS561201和TPS561208采用SOT-23封装，是一款简单易用的1A同步降压转换器。这些器件经过优化，可以在最少的外部元件数量下工作，并且还经过优化以实现低待机电流。这些开关模式电源（SMPS）器件采用D-CAP2模式控制，可提供快速瞬态响应，并支持低等效串联电阻（ESR）输出电容，如特种聚合物和超低ESR陶瓷电容，无需外部补偿元件。TPS561201以脉冲跳跃模式工作，在轻负载操作期间保持高效率。TPS561201和TPS561208采用6引脚1.6×2.9（mm）SOT（DDC）封装，工作在-40°C至125°C的结温范围内。 1.4电气仿真结果分析
图1.4.1启动仿真图1.4.2稳态仿真 图1.4.3暂态仿真图1.4.4 负载暂态仿真 二、基于电力系统工具箱的电力电子电路仿真 2.1 设计要求和方案分析 本课程设计主要应用了MATLAB软件及其组件之一Simulink，进行系统的设计与仿真系统主要包括：Boost升压斩波主电路部分、PWM控制部分和负载。Boost升压斩波主电路部分拖动带反电动势的电阻，模拟显示中的一般负载，若实际负载中没有反电动势，只需令其为零即可。负载为主电路部分提供脉冲信号，控制全控器件IGBT的导通和关断，实现整个系统的运行。在Simulink中完成各个功能模块的绘制后，即可进行仿真和调试，用Simulink 提供的示波器观察波形，进行相应的电压和电流等的计算，最后进行总结，完成整个Boost 变换器的研究与设计。 2.2 simulink仿真模型分析 电路设计好后主电路中的电感电容值已确定，此时只要调节触发波形的占空比即可调节Boost Chopper输出电压。电路设计好后主电路中的电感电容值已确定，此时只要调节触发波形的占空比即可调节Boost Chopper输出电压。占空比越大，Boost Chopper的输出电压值