試論無線電能傳輸系統中傳輸功率和效率的影響因素

林昌茂

摘要：隨著全球各國科學技術水平的不斷發展和提高，國內外的專家和相關工作人員開始研究開發如何利用無線技術進行電能的傳輸。如果這項技術研究成功，將會促進科學技術的進一步發展。但在目前該技術推廣的過程中，其所能夠使用的電磁環境變得越來越復雜。文章針對影響無線電能傳輸系統中傳輸功率和效率的各種因素進行分析和探討，希望為我國相關工作人員在這方面的研究提供一些具有參考性的資料。

關鍵詞：無線電能傳輸；功率；效率；因素

在19世紀80年代末期，人們開始研究無線電能傳輸的相關技術，直到2007年，美國麻省理工學院通過利用諧振原理初步取得了這方面的研究成果。目前，該技術在多種領域得到了應用和推廣，如醫療器械等。這項技術在各個領域中的應用，不僅給人們的生活帶來了更多的便利，還促進了科學技術的進一步的發展。下面筆者就針對這項技術進行理論分析。

1無線電能傳輸系統中傳輸功率和效率的理論分析

1.1無線電能傳輸系統中傳輸功率和效率的分析

現階段用于分析和研究諧振耦合電路所使用的方法理論主要包括電路和耦合模。耦合模理論能夠宏觀地描述出其運行的原理，但無法根據各種參數詳細地說明該系統所具有的各項功能。而電路理論相較于耦合模理論，能準確描述出影響該系統傳輸功率以及效率的不同參數。根據相關資料顯示，這2種理論在研究該系統傳輸功率和效率方面具有同等作用，因此，本文所采用的研究方法是電路間的互感理論。傳輸系統通常是由發射、接受、負載以及電源4個部分裝置構成的。

1.2無線電能傳輸系統中阻抗的分析

以諧振耦合電路為例進行分析，其基本的工作原理是只有選擇頻率相同的2個物體，才能夠實現物體間能量的傳輸。根據相關的輸出定理能夠清楚地了解到，當2個物體間的阻抗為共軛關系時，2個物體間的傳輸功率能夠達到最大值。而阻抗不為共軛關系時，將會大大影響物體間傳輸功率。所以，為了增加2個物體間的傳輸效率，提高傳輸功率，應選擇阻抗具有共軛關系的2個物體。若選擇了不相符的物體，極容易損壞相關的儀器。因此，在該系統中應盡量選擇阻抗相匹配的物體，然而在實際的選擇中，難以選到阻抗十分匹配的物體，通常選擇具有相似阻抗的物體。

利用諧振耦合電路進行傳輸的系統主要包括2種電路和4種系統，其中電路包括正弦和功放2種電路，系統包括負載、調壓以及電磁發射和接收4種系統。通過該系統構成的結構能夠知道，上述4種系統能夠構成功放電路的負載。圖1便是該系統2種等效的電路模型。

該電路模型中，VS是該電路的電源，R為電路中各部分的電阻，L線圈的電感，M表示每兩組線圈之間的互感系數，C則代表各部分的電容。在此電路模型當中，以上敘述的為主要參數，其他影響較小的參數可忽略不計。

通過利用相關的公式能夠計算出其整體的阻抗，影響整體阻抗的參數一共有5個，分別為頻率、激磁和發射線圈之間的互感系數、發射和接收線圈之間的互感系數、接收和負載線圈之間的互感系數以及負載電阻。這5種參數一旦發生變化，將會大大影響系統傳輸功率的大小和傳輸速率的有效性。

2實驗研究與分析

2.1頻率對傳輸功率和效率的影響

接收線圈與發射線圈長度為30cm，其中負載阻抗為60Ω，在對其進行研究時，對發生器進行調節，使其傳輸頻率逐漸增加，將得到的功率以及效率繪制成圖2，并對其進行研究。

根據圖2可以發現，在機械工作過程中，功率與效率不是隨著頻率的增長而無限增加的，是先進行一個階段的增長之后，又有一定的下降趨勢，在8.7MHz時，效率與功率同時達到了頂峰。根據這一現象就可以發現，在這一設備中，頻率對負載阻抗具有一定的調節作用，如果要使設備的效率達到最高，就可以改變頻率，使設備內的負載阻抗進行調節。2.2M₂₃對傳輸功率和效率的影響

在研究的裝置中，所使用的是50Ω的負載阻抗，將輸出的頻率保持不變，固定在8.7MHz，將設備中各項圈的距離不斷地增加，將測得的結果繪制成圖3，并對隊形進行分析。

根據圖3的分析可以發現，在線圈距離較短時，隨著距離的增加，功率與效率有一定的增長趨勢，而距離達到了一定程度后，就會發現，功率與效率具有明顯的下降趨勢，在本文的實驗中功率達到最大值時兩線圈之間的距離為14cm，效率達到最大值時兩線圈的距離為20cm。這就能很好地表現出線圈距離的遠近對負載阻抗有重要的影響，根據使用功率的要求，對線圈之間的距離進行更改，使設備在使用過程中發揮出重要的作用。

2.3M₁₂：和M₃₄傳輸功率與效率的影響通過研究發現，實驗裝置的負載數值為50Ω純阻性負載，在發射信號時，其頻率保持在8.6MHz期間，發射線圈以及接受線圈之間的距離保持為20cm左右。對信息分析可知，把激磁線圈與發射線圈間距離調整時，M₁₂的數值也隨之發生改變；如果改變接受線圈和負載線圈時，M₃₄的數值也發生了改變，發射線圈和接受線圈電壓波段產生變化?？梢缘贸?/p>

結論，M₁₂：和M₃₄對于負載抗阻有很大影響，兩者一旦發生變化，模塊的輸出功率也發生變化。

3結語

通過分析無線電能傳輸技術的基本工作原理，對其進行實驗，證明了阻抗是否匹配對其傳輸的效果有著很大的影響。所以，在選擇物體阻抗時，應盡量與原阻抗相匹配，能夠有效地提高其傳輸的效率。而影響阻抗大小因素主要包括頻率、激磁和發射線圈之間的互感系數、發射和接收線圈之間的互感系數、接收和負載線圈之間的互感系數以及負載電阻5種因素。因此，在實際的應用過程中，盡量使各項參數達到最佳狀態，從而提高其傳輸的效率和功率。