探討電力傳輸控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

成 志

（國(guó)網(wǎng)山東東營(yíng)市東營(yíng)區(qū)供電公司，山東 東營(yíng) 257100）

時(shí)代不斷的發(fā)展，電子類的產(chǎn)品越來(lái)越多，例如電腦、手機(jī)、照相機(jī)等設(shè)備都給人們的生活帶來(lái)了很大的方便，但是這些產(chǎn)品都離不開(kāi)電力，傳統(tǒng)的做法都是將電器連在插座之上對(duì)終端產(chǎn)品進(jìn)行充電。隨著科技的進(jìn)步，移動(dòng)設(shè)備，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及無(wú)線傳輸設(shè)備越來(lái)越多，人們希望能夠進(jìn)行無(wú)線充電，遠(yuǎn)離有線充電器的干擾。在此契機(jī)之下，無(wú)線電力傳輸技術(shù)成為21世紀(jì)最受關(guān)注的焦點(diǎn)，人們對(duì)無(wú)線電力傳輸也充滿了期待。很多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家都在探究無(wú)線電力傳輸技術(shù)，很多科學(xué)家投入到無(wú)線傳輸?shù)难芯恐校噲D將無(wú)線電力傳輸技術(shù)應(yīng)用到更為廣泛的領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)無(wú)線電力傳輸?shù)钠毡榛?/p>

1 電力傳輸領(lǐng)域的分類

無(wú)線電力傳輸，屬于非接觸性傳輸，因此也被稱為無(wú)線能量傳輸，這種傳輸技術(shù)主要運(yùn)用電磁感應(yīng)的原理將能量傳輸出去。無(wú)線電力傳輸?shù)姆绞绞嵌喾N多樣的，最普遍的是通過(guò)電磁感應(yīng)現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)能量傳遞，其他傳輸方式也有很多種，例如利用電磁頻率相同而形成的共振進(jìn)行傳輸，通過(guò)微波的波動(dòng)進(jìn)行傳輸，還有利用激光進(jìn)行能量的傳輸?shù)龋@些辦法在不進(jìn)行接觸的情況下實(shí)現(xiàn)了能量的傳輸。無(wú)線電力傳輸因距離的不同，進(jìn)行傳輸?shù)男问揭彩嵌喾N多樣的，距離較短的稱之為短程傳輸，距離較長(zhǎng)的稱之為遠(yuǎn)程傳輸，處在短程和遠(yuǎn)程之間的傳輸被稱為中程傳輸。短程傳輸電力的方法比較單一，靠的主要是電磁感應(yīng)形成的電力進(jìn)行供應(yīng)。電磁感應(yīng)電力傳輸顧名思義就知道是通過(guò)磁場(chǎng)相互作用形成的電力，初級(jí)線圈以及次級(jí)線圈在磁場(chǎng)中形成閉合回路，導(dǎo)體在其內(nèi)部做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，從而形成感性電流，磁場(chǎng)在非金屬物質(zhì)的條件下是可以自由進(jìn)行傳播的，因此只要避開(kāi)金屬物質(zhì)，電能就可以從一處傳到另一處，這樣就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線電能傳輸。電磁感應(yīng)產(chǎn)生的功率很大，有時(shí)會(huì)達(dá)到成百上千千瓦。使用電磁感應(yīng)一般都是選擇較近的距離，這樣可以采用一個(gè)較小的設(shè)備進(jìn)行電力的供應(yīng)，此種方法進(jìn)行短程供電的距離最遠(yuǎn)為10 cm；中程傳輸因其距離較遠(yuǎn)一般是利用射頻來(lái)完成電力傳輸，利用共振的原理產(chǎn)生電流，形成電流的通路進(jìn)行傳輸，可以讓電能高效率的傳遞。共振要求頻率相同，這一要求比較難以實(shí)現(xiàn)，因此產(chǎn)生的電力是比較弱的，傳輸出去的功率也較小，基本能傳輸3 m左右；遠(yuǎn)程進(jìn)行電力的傳輸同樣是采用射頻的方式，這種方法需要將功率放大，并通過(guò)檢查波段，整理電流，最終形成直流電來(lái)給需電設(shè)備供電，射頻進(jìn)行電能傳輸?shù)木嚯x比較遠(yuǎn)，基本能達(dá)到10 m，但因其距離較遠(yuǎn)，傳輸?shù)墓β氏鄳?yīng)的就較小，僅有100 mW左右，并且具有相同頻率的諧振物體之間可以進(jìn)行能量的交換。

中程傳輸可以為一些小型的用電設(shè)備進(jìn)行電力傳輸，例如平時(shí)用的手機(jī)、MP3、汽車專用電視、電子體溫計(jì)、助聽(tīng)器等。遠(yuǎn)程傳輸需要借助微波進(jìn)行傳遞，通過(guò)微波與微型設(shè)備進(jìn)行連接，選擇適當(dāng)?shù)牟ǘ危黼娏鳎罱K形成直流電來(lái)給需電設(shè)備供電。遠(yuǎn)程供電傳輸對(duì)航空領(lǐng)域的貢獻(xiàn)是十分巨大的，例如人造地球衛(wèi)星供電，航天設(shè)備之間進(jìn)行的能量傳輸，開(kāi)發(fā)新能源如太空太陽(yáng)能發(fā)電站“隔空”給地球無(wú)線供電等都是具有重要意義的。微波電能傳輸是指將一種能量通過(guò)另一種方式進(jìn)行傳遞，即電能轉(zhuǎn)化為波能，傳遞到太空中指定的位置，通過(guò)檢查波段，整理電流，最終形成直流電來(lái)給需電設(shè)備供電。微波技術(shù)快捷方便，因此在很多領(lǐng)域都開(kāi)始使用微波進(jìn)行能量的傳遞，例如家里常用的微波爐，即將電能轉(zhuǎn)化為波能再轉(zhuǎn)化為電能，利用GPS設(shè)備進(jìn)行定位，還有就是大家常用的通訊設(shè)備，像手機(jī)等。微波傳輸距離不受其他因素的影響，因此可以長(zhǎng)距離傳輸，大范圍傳輸，而且也不會(huì)受到周圍環(huán)境的影響，可用于空間太陽(yáng)能電站、低軌道和同步軌道衛(wèi)星供電等。激光電能傳輸則是利用激光速度快，并且能夠攜帶很多的能量，以利用很少的功率來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的電力傳輸。激光的發(fā)射都是直來(lái)直往，方向比較明確，而且最終的能量都集中到一個(gè)點(diǎn)，這對(duì)衛(wèi)星的正常工作不會(huì)產(chǎn)生任何的干擾，但是其存在的缺點(diǎn)是受障礙物的影響，一旦有障礙物出現(xiàn)，激光傳輸?shù)碾娔芫蜁?huì)損失掉，導(dǎo)致能量無(wú)法傳遞。

在整個(gè)通訊領(lǐng)域之中，便攜通信發(fā)展最為迅速的還是WPT應(yīng)用技術(shù)。在手機(jī)周圍或者一些相關(guān)的充電設(shè)施上安裝能夠接收電力的設(shè)備和發(fā)射線圈，這樣就可以保證手機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電。此時(shí)，手機(jī)及其相關(guān)聯(lián)的充電插座之上已經(jīng)形成了磁耦合作用，并利用相關(guān)的設(shè)備及技術(shù)將感應(yīng)電流進(jìn)行直接傳輸。對(duì)此電壓進(jìn)行整理、變換之后，即可以直接對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行供電。而在電流傳輸?shù)膶?shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，采用的一般都是ICPI技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)使用最多的是在電動(dòng)汽車以及相應(yīng)的軌道機(jī)車等充電裝置中。

2 我國(guó)電力傳輸控制技術(shù)的發(fā)展

目前，我國(guó)的無(wú)線傳輸技術(shù)還不是很成熟，相關(guān)的理論研究處在初級(jí)階段。例如雙飛燕公司經(jīng)過(guò)研究，制造出我國(guó)的第一個(gè)不用電池也可以使用的鼠標(biāo)，需要將鼠標(biāo)與電腦連接上之后就可以進(jìn)行正常的工作。中國(guó)香港城市大學(xué)根據(jù)ICPT手機(jī)和MP3等比較方便攜帶的通訊設(shè)備的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)電子產(chǎn)品在同一個(gè)充電平臺(tái)上利用低頻的磁場(chǎng)進(jìn)行充電的愿望。在2009年，中國(guó)將全球無(wú)線充電聯(lián)盟制定的Qi無(wú)線充電的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)引入。我國(guó)無(wú)線電力傳輸發(fā)展比較出色的要數(shù)青島，其也已經(jīng)將無(wú)線電力傳輸列入到自己省內(nèi)發(fā)展的重點(diǎn)項(xiàng)目。2011年4月，青島市重要單位共同繪制了 “無(wú)線電力傳輸產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖”。這個(gè)圖從五個(gè)層次來(lái)描述青島市未來(lái)發(fā)展無(wú)線電力的科學(xué)路徑，包括技術(shù)壁壘、研發(fā)需求、資源基礎(chǔ)、行業(yè)需求、產(chǎn)業(yè)目標(biāo)，并針對(duì)無(wú)線電力傳輸發(fā)展存在的問(wèn)題提出了相應(yīng)的對(duì)策和建議。在未來(lái)10年之內(nèi)，無(wú)線電力傳輸將發(fā)展成為一種新興行業(yè)，且關(guān)系到很多其他行業(yè)的發(fā)展。估計(jì)到2020年無(wú)線電力傳輸將實(shí)現(xiàn)在惡劣環(huán)境之下的傳輸，真正的實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的無(wú)線電力傳輸，產(chǎn)業(yè)的規(guī)模也會(huì)增大。

3 電力傳輸可能面對(duì)的問(wèn)題和相關(guān)對(duì)策

目前而言，無(wú)線電力傳輸最主要的問(wèn)題還是無(wú)線電路傳輸距離的限制以及在傳輸過(guò)程中效率的問(wèn)題，無(wú)線電路在傳輸過(guò)程中電波會(huì)彌散或者被其他物體吸收導(dǎo)致傳輸?shù)碾娏p弱。電磁波方向具有不固定性，因此在空間中傳輸能量的過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)能量朝向四面擴(kuò)散，不容易形成集中傳遞，尤其是在空氣中進(jìn)行傳輸，空氣中具有導(dǎo)電的物質(zhì)，導(dǎo)致磁場(chǎng)減弱，電力損耗嚴(yán)重，尤其是微波，在空氣中損失的更快。因此無(wú)線電力傳輸整體的效率比較低下，而且傳輸?shù)墓β时容^低，不能輸送大量的電力，導(dǎo)致其無(wú)法進(jìn)行大量的遠(yuǎn)距離的電力傳輸。無(wú)線充電是將充電設(shè)備與充電器在磁場(chǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行連接，但是各種各樣的干擾會(huì)導(dǎo)致電量的損耗，傳輸效率的低下，這都制約了無(wú)線電力傳輸?shù)陌l(fā)展。無(wú)線電力傳輸要解決生產(chǎn)和傳輸兩個(gè)問(wèn)題，同時(shí)充電設(shè)備也要獲得相關(guān)機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，要確保用電的安全問(wèn)題，同時(shí)需要找到一種相對(duì)成熟的商業(yè)模式來(lái)打開(kāi)市場(chǎng)缺口。

4 小 結(jié)

本文通過(guò)對(duì)電力的分類進(jìn)行介紹，引出電力傳輸?shù)木唧w方式，并對(duì)其實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，同時(shí)描述電力傳輸相關(guān)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，分析相關(guān)技術(shù)的具體應(yīng)用，希望能夠?yàn)殡娏o(wú)線運(yùn)輸提供更多的經(jīng)驗(yàn)和幫助。

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