無線輸電關鍵技術及其應用

王景星

摘 要：本文主要闡述了無線輸電關鍵技術中的電磁感應、諧振式輸電、微波無線輸電等內容，同時提出了無線輸電關鍵技術的應用展望，包括將無線輸電技術應用于日常輸電、實現因架設線路難度大的地區進行無線傳輸供電、應用于太陽能發電等。通過分析關鍵技術，使相關人員更好的了解無線輸電內容。

關鍵詞：無線輸電技術；微波系統；電磁波發射器

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

0 引言

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

1 無線輸電關鍵技術的具體內容

1.1 電磁感應原理

電磁感應是無線輸電關鍵技術之一，是指電在傳輸的過程中，通過電磁感應原理來引起電力動勢，產生電流。它類似于變壓器的工作原理，主要的工作流程是：在發電模塊的原邊點通入交變電流，在發電模塊的另一邊就會由于電流的動勢產生電力感應，形成感應電流。它的電流方向按照楞次定律進行，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，這樣可以通過無導線連接的方式進行無線輸電技術，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射和接收線圈產生共振系統，從而達到輸運電能的技術。它的工作原理有三點：（1）通過調整發射端的電流發射頻率，來引起震動。這種震動不是彌散式的普通電波，而是一種能夠轉化電能，將其變為磁場，然后通過非輻射的方式發送給接收端，當接收端通過同樣的原理，將電波反射回來，就能夠在共振系統中形成電力回路，當接收端和發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，就能在感應器上聚集足夠多的能量，形成動能轉化電能的化學反應，從而實現無線輸電。同時，沒有被共振端接受的動能會被發射端吸收，在下一次轉換的時候釋放。（3）電波具有彌散性，非輻射性共振系統能夠增加電波的彌散作用，因此，這種磁耦合共振系統不適用于長距離的無線輸電，它要求系統發射端和接收端要在一定范圍之內，才能發揮作用[1]。

1.3 微波無線輸電原理

相較于以上兩種無線輸電技術來說，微波輸電技術由于波長、具有定向性、彌散程度小的特點，能夠更好的適用于遠程電力傳輸。這種傳輸的過程也更加復雜，主要由電源、電磁波發射器、發射接收裝置等構成。主要的工作原理是通過微波發射器，將電源變為大功率的高頻電磁波，發送給天線，天線在接收到電波之后，將其輸入到整流器中。整流器能夠產生高電壓，然后經過變電器進入有線電網。因此，整流器是微波無線輸電的關鍵步驟，能夠將大功率、高電壓的電流轉換為低電壓、低電流。

2 無線輸電關鍵技術的應用展望

2.1 應用于日常輸電

無線輸電技術如果成功投入使用，將會引起產業變革，帶動生產力發展，主要有兩方面影響：（1）家居產業。在家庭電路網中，很多藏在墻里面的電線、插座等，在運用無線輸電技術之后，能夠省去這些電線。同時，也可以降低因為觸碰開關引起的事故，極大的提高了安全性能。隨著科技的發展，越來越多的家庭產品應用了無線輸電技術，例如，電冰箱、電視機等。在2010年1月，第四十三屆國際消費類電子產品展覽會（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院發明的無線輸電技術，是利用了“磁耦合共振”原理實現了電視無線供電。（2）無線輸電技術還能夠應用在公共場所，比在電車。據《人民日報海外版》報道，在日本，已有科學家通過研發電磁感應輸電技術，實現一定范圍內有軌電車無線輸電，相信在不久的將來，會有越來越多的應用電磁感應輸電技術的產品出現。

2.2 在電力線路架設難度大的地方輸電

如果想要在高山、凍土地帶、沙漠等地區進行輸電架設，需要非常高的技術，而且這些地區的電路維修也是非常困難，通過無線輸電技術取代傳統的架空線路輸電，能夠滿足特殊地區的用電需求，同時能夠保障相關人員的人身安全。無線輸電技術主要有以下三個優勢：（1）通過無線輸電技術給一些分散的、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，提高經濟效益。（2）通過為長期在惡劣條件下的機器人進行無線輸電，可以解決機器人因為電池電量耗盡，無法繼續工作的問題。（3）電力系統是復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正常運轉，但同時也會產生斷電現象，因此可以通過無線輸電技術對這些零部件單獨輸電，從而保證平穩供電[2]。

2.3 應用于空間太陽能發電站供電

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

3 結束語

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

參考文獻：

[1]傅林，李壽強.無線輸電發展動態及新趨向[J].成都工業學院學報，2015（1802）：41-44.

[2]程時杰，陳小良，王軍華，文勁宇，黎靜華.無線輸電關鍵技術及其應用[J].電工技術學報，2015（3019）：68-84.