无线电能传输系统原理分析与设计
无线电能传输
无线电能传输作者：曾蓉翟月英何一芥来源：《中国新通信》2015年第01期【摘要】无线电能传输（Wireless Power Transmission）是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术。
本论文主要利用线圈共振原理实现无线电能传输，由电生磁和磁生电两部分组成，实现了能量的最大化传输，高效率，以及长距离。
【关键词】无线电能传输线圈共振无线电能传输是利用一种特殊设备将电能转变为可无限传播的能量，在接收端又将此能量转变回电能，从而达到对用电器的无线供电。
根据电能传输原理，目前无线电能传输分为：电磁感应式，电磁共振式，电磁辐射式。
本文讨论电磁共振式的原理，采用两个完全相同的8匝直径为2mm铜芯线圈充当共振器，一个线圈与电源相连作为发射器；另一个与LED灯相连，充当接收器，在保持LED灯不灭的条件下，发射线圈与接收线圈间距离最大可到54cm，效率达50.1%。
一、无线电能传输组成本系统为无线电能传输也叫非接触输电技术，是基于线圈的电磁感应原理。
总体由驱动电路、LC谐振电路、整流电路、滤波电路等组成如图1。
1.1 LC并联谐振原理把一个电容C和电感L以并联的形式接入电路，LC并联电路能够起到选频的作用。
基本原理是，LC并联电路对不同频率的电流具有不同的阻抗特性，从而在回路的输出端输出大小不同的电压。
所谓并联谐振即是外来信号的频率W与LC并联回路的固有频率W0（与LC的值有关）相同时产生的现象。
并联谐振回路的谐振条件：即可得谐振回路的谐振频率：1.2整流滤波电路分析整流电路主要是将正弦交流通过二极管形成整流桥，将正弦交流的下半部分也变成上半部分，高频肖特基整流二极管1N5817适合在高频时使用，但具有一定的导通内阻，而电路中会因为二极管的内阻（二极管内阻就相当于电源内阻）与负载分压，导致带负载能力下降，在电路中就多用了几个二极管并联的整流桥，使内阻减小，提高效率。
为了达到效率最大向负载传输，滤波电路就只用了一个100nf的电容。
磁耦合谐振式无线电能传输系统的实验设计
磁耦合谐振式无线电能传输系统的实验设计
一、实验目的：
研究磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率及影响因素。
二、实验器材：
1.无线电能传输系统主要器件：发射端和接收端线圈、电容、电阻、谐振电路；
2.发射端电源和信号源；
3.接收端负载电阻、直流电压表；
4.实验仪器：示波器、信号生成器。
三、实验原理：
四、实验步骤：
1.搭建发射端和接收端线圈、电容、电阻和谐振电路的结构；
2.给发射端线圈接入电源和信号源，在示波器上观察是否能产生高频电磁场信号；
3.给接收端线圈接入负载电阻，并用直流电压表测量输出电压；
4.调节信号频率，观察输出电压的变化；
5.测量不同频率下的输出电压大小，并记录；
6.根据测量结果，绘制输出电压与频率的关系曲线；
7.改变发射端和接收端之间的距离，重复步骤3-6，观察输出电压的
变化；
8.根据测量结果，绘制输出电压与距离的关系曲线；
9.改变发射端和接收端线圈的尺寸，重复步骤3-6，观察输出电压的
变化；
10.根据测量结果，绘制输出电压与线圈尺寸的关系曲线；
11.分析实验结果，探讨传输效率与频率、距离、线圈尺寸的关系。
五、实验注意事项：
1.实验时需保证线圈与电容及电阻之间的连线正确；
2.实验时应注意观察信号源和示波器的显示，避免高频电磁场对其他
设备造成干扰；
3.实验时需小心操作，避免触摸电源线或其他高压部件。
六、预期结果：
1.通过实验数据得出输出电压与频率、距离、线圈尺寸之间的关系曲线；
2.分析曲线，得出传输效率与频率、距离、线圈尺寸的关系；
3.得出优化磁耦合谐振式无线电能传输系统的方向，以提高传输效率。
基于磁耦合谐振式无线电能传输技术的分析与设计
基于磁耦合谐振式无线电能传输技术的分析与设计磁耦合谐振式无线电能传输技术是一种通过磁场耦合方式实现电能传输的无线电能传输技术。
与传统的无线电能传输技术相比，磁耦合谐振式无线电能传输技术具有高效率、高安全性、低辐射等优点，在很多领域有着广泛的应用前景。
本文将对磁耦合谐振式无线电能传输技术进行分析与设计。
首先，磁耦合谐振式无线电能传输技术的基本原理是通过谐振腔和共振线圈实现能量的传输。
谐振腔和共振线圈之间通过磁场耦合，实现了能量的传输。
谐振腔是发射端和接收端都必须具备的，谐振腔内的电磁场能量被传输到共振线圈中，再通过共振线圈传输到接收端。
谐振腔和共振线圈的谐振频率需要匹配，以实现高效率的能量传输。
在设计磁耦合谐振式无线电能传输系统时，首先需要确定传输的距离和传输功率的需求。
传输距离的长短决定了系统的工作频率和设计参数的选择，传输功率的需求决定了系统的功率放大器的设计。
其次，需要进行谐振腔和共振线圈的设计。
谐振腔的设计主要是确定谐振腔的形状和尺寸，以及谐振腔的谐振频率。
谐振腔的形状和尺寸可以根据实际应用场景进行选择，谐振频率需要与共振线圈的谐振频率匹配。
共振线圈的设计主要是确定线圈的匝数和长度，以及线圈的电感值。
接下来是功率放大器的设计。
功率放大器是用来提高传输功率的装置，通常采用放大器来实现。
功率放大器的设计需要考虑放大器的频率响应、增益和功率效率等参数。
由于谐振腔和共振线圈是通过磁场耦合进行能量传输的，所以功率放大器的输出需要采用谐振腔和共振线圈的输入端进行耦合。
最后是系统的控制和保护。
在实际应用中，磁耦合谐振式无线电能传输系统需要具备良好的控制和保护功能。
控制功能可以通过监测传输功率、输出电压和电流等参数实现，保护功能可以通过过流、过压和过温等方式实现。
综上所述，基于磁耦合谐振式无线电能传输技术的分析与设计主要包括传输距离和功率需求的确定，谐振腔和共振线圈的设计，功率放大器的设计，以及系统的控制和保护。
电力系统中无线电能传输的技术分析
电力系统中无线电能传输的技术分析作者：郭华来源：《工业设计》2015年第05期摘要：通常，电能都是通过电力系统的输电线路来传输的。
由于输电线路比较繁多，会存在交织错杂现象，因此经常会出现一些事故，有的甚至会影响到国民审计的稳定问题，而我国新型无线输电技术在一定程度上可以减少甚至避免对电力系统的影响。
本文就对电力系统中无线电能传输技术的现状进行分析，提出了电力系统中无线电能传输的关键技术，并对其未来的研究方向进行了论述，希望对我国电力系统中的发展有一定帮助。
关键词：电力系统：无线电传输；技术；分析本文总结了无线电传输（WPT）技术在电力系统的运行过程中出现的问题，电磁感应以及近场谐振式无线电能的最大弊端就是传输的距离过于接近，辐射式无线电能的传输距离比较远，就必须有极高的方向性的天线以及高功率微波一电能转换单元及高性能天线，来作为WPT未来的传输研究方向，与此同时更要考虑无线电能传输与环境的兼容性。
1电力系统WPT研究现状1.1电磁感应WPT由于变压器的原副供电线圈都在一个铁芯上缠绕着，因此供电就不灵活。
因此为了改变其灵活性，国内外都对变压器的副边绕组间的铁芯部分同其他有效介质代替了，而且这些介质可以在很多不同的场合进行应用。
就目前来看，电力系统中的电磁感应式WPT是最为常用的非接触式电能传输。
如图1所示这种非接触式的电能传输使用的就是电磁感应耦合技术以及现代控制技术，这种技术实现了负载侧与电源侧的完全分离电能传输技术，这种技术避免了旧的电能传输方式中接电火花以及裸露导体的产生。
使旧的电能传输方式在一些特殊环境下降低了危险，使电能能够安全地进行传送。
这种技术比较成熟，因此可以在传输功率上进行突破，只是传输率不够高，并且传输距离较短，一般都是要贴在一起，由此可见只能运用在局部电网中。
这种输电方式实际上是从线圈通入电流、使其产生变化的磁通，也就是利用了变压器磁耦合原理，在副线圈上激起感应电动势，从而使电能的无线化传输能够顺利进行。
无线电力传输技术研究
（上接第８２页） ＭＰ３、汽车配件、体温表、助听器及人体植入仪器、电动汽车等厂商提供无 线输电的解决方案。 ３■波，激光——嚣程传■ 法、天线的放射特性、微波发送装置的姿态控制、宇宙空间的微波传播特 性、为确保故障时安全的保安系统等都是亟待解决的技术问题。 欧盟在非洲的留尼汪岛建造了一座１０万千瓦的实验型微波输电装簧， 已于２００３年向当地村庄送电。日本拟于２０２０年建造试验型太空太阳能发电 站ＳＰＳ２０００，２０５０年进入规模运行。 ４结束语 随着正线电力传输技术的不断发展与成熟，不但使人们未来的乍活有 望摆脱手机、相机、笔记本电脑等移动设备电源线的束缚，享受在机场、 车站、洒店多种场所提供的无线电力，还可用于一些特殊场合，如人体植 入仪器如心脏起搏器等的输电问题、低轨道军用卫星、太阳能卫星发电站 等。从长远来看，该技术具有潜在的广泛应用前景。但是。每一种无线传 输方式。都有一系列问题需要解决。如电能传输效率问题，电力公司如何 收费和计费，能量传输所产生的电磁波是否对人体健康带来危害等等。不 图３宇宙太阳能发电厂（ｓＰＳ）的无线电力传输 理论ｔ，无线电波波长越短，其定向性越好，弥散越小，所以，可 利用微波或激光形式来实现电能的远程传输，这对于新能源的开发和利 用、解决未来能源短缺等问题也有着重要意义。因此，许多国家都没有放 弃这方面的研究。１９６８年，美国＋Ｉ：程师彼得格拉泽提出了空间太阳能发电
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无线电能传输简述
无线电能传输简述作者：张德慧魏铭王明月来源：《科学与财富》2018年第18期摘要：第二次工业革命后，人类社会便进入电气化时代，电能的传输主要通过金属导线的点对点直接接触进行传输。
这种"有线"的传输方式带来了不少问题，例如由于存在摩擦、老化等影响，电能在传输过程中很容易产生火花，进而影响到用电设备的使用寿命和用电安全。
另外，传输的有线电力传输方式不能满足一些应用场合的需要，如矿井等。
随着人类社会经济的发展，各种电子设备得到了广泛的应用，但是太多的电线和插座给人们生活带来了不便。
这些问题都在呼吁一种脱离金属导线的电能传输方式，即无线电能传输。
关键词：无线电能传输2007年麻省理工大学物理学助理教授马林.索尔贾希克和他的研究团队在SCIENCE上发表文章，提出了一种基于四线圈结构的磁耦合谐振模式的无线传能技术。
此种能量传输方式利用独立的两个高Q值（即品质因数）线圈，提高了系统的远距离传输能力。
由此，掀起了全球性的无线电能传输技术研发热潮。
本文，将对无线电能传输的相关内容简述。
1、无线电能传输系统的分类无线电能传输系统的主要特征，就是不通过导线接触，以无线的方式将能量从一端传输至另一端。
发射端将电能转换为其他形式能量，如电磁能、机械能等，传播至接收端，接收端接收此种形式的能量，再将其转换为电能。
目前，无线电能传输系统中所选择的中间能量形式主要有电磁能和机械能（震动）两种。
接下来将按照电磁能和机械能的分类方式，介绍目前主流的几种无线电能传输技术。
（1）对于电磁波，其频率不同，相应的能量传输方式有很大区别，无线电能传输系统的工作方式也随之改变。
根据距离发射机构的远近，电磁波产生的交变磁场，可以分为近场和远场两个区域。
近场分布在场源的一个波长范围内，在这一区域，电磁能主要以电场或磁场的形式存在，通常具有如下特点：几乎无推迟效应；在任一时刻，电磁场的分布规律分别与静态场中的电场、磁场相同；近场内以电磁能量相互转换为主，能量几乎不向外发射。
磁耦合谐振式无线电能传输关键技术研究
磁耦合谐振式无线电能传输是一种利用磁场耦合实现能量传输的技术，其具有传输效率高、传输距离远、安全可靠等优点。
本文将针对该技术的关键技术进行研究，分析其原理、应用和发展前景，为相关研究和应用提供参考。
一、磁耦合谐振式无线电能传输的原理磁耦合谐振式无线电能传输是通过谐振器和磁耦合器实现能量传输的技术。
其原理是利用发射端的谐振器产生的磁场能量，通过磁耦合器传输到接收端的谐振器，再转换为电能。
在传输过程中，发射端和接收端的谐振器需要保持共振，以达到最大传输效率。
二、磁耦合谐振式无线电能传输的关键技术1. 谐振器设计技术谐振器设计是磁耦合谐振式无线电能传输的关键技术之一。
谐振器的设计需要考虑频率匹配、谐振特性、功率损耗等因素，以实现高效能量传输。
2. 磁耦合器设计技术磁耦合器是实现磁耦合谐振式无线电能传输的重要组成部分。
其设计需要考虑磁场耦合效率、磁耦合距离、传输效率等因素，以实现可靠的能量传输。
3. 控制与调节技术在磁耦合谐振式无线电能传输过程中，控制与调节技术起着关键作用。
通过控制谐振器的频率、功率和相位，可以实现对能量传输过程的精确控制和调节，提高传输效率和安全性。
4. 系统集成与优化技术磁耦合谐振式无线电能传输涉及多个部件和子系统，系统集成与优化技术对于实现整体性能的提升至关重要。
通过系统集成与优化，可以实现功率损耗的最小化、传输效率的最大化等目标。
5. 安全与防护技术在磁耦合谐振式无线电能传输过程中，安全与防护技术需要得到重视。
通过设计安全机制、防护措施等手段，可以确保传输过程的安全可靠。
三、磁耦合谐振式无线电能传输的应用磁耦合谐振式无线电能传输技术广泛应用于电动汽车充电、智能家居、医疗设备等领域。
由于其传输效率高、安全可靠等特点，受到越来越多领域的关注与应用。
1. 电动汽车充电磁耦合谐振式无线电能传输技术可以实现电动汽车的无线充电，解决传统充电方式存在的插座损坏、充电线松动等问题，提高充电便利性和安全性。
无线电能传输(课程设计报告)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。
无线电能传输装置的设计与分析
无线电能传输装置的设计与分析作者：林柏林来源：《中国新通信》2015年第06期【摘要】无线电能传输是借助于电磁场或者电磁波进行能量传输的一种技术。
电能给人类带来巨大的发展和便利，然而错综复杂的输电线分布在生活的各个角落，既不美观又不方便，因此人类一直想要摆脱电线的束缚而能够实现电能无线传输的梦想。
本文章介绍了无线电能传输的几种方式，并通过比较他们的利与弊，选择最合适的方式，以追求最大的利益。
【关键词】无线电能传输谐振耦合 MRPT一、系统设计方案及论证1.1 无线电能发射部分发射电路作为无线电能传输传输系统中的重要组成部分该部分设计的好坏对总的传输功率也有着十分重要的影响。
因此在给系统中设计出一个高效的发射电路也是十分重要的一环。
本设计使用门极谐振电路驱动MOS管，其开关速度快，属于软开关，可以实现较低信号，产生较高电压来驱动MOS管，利于能量传输，效率高。
1.2 无线电能传输部分采用两个自谐振线圈。
电感线圈的设计和制作方法中我们了解到在高频状况下，线圈匝间电容和集肤效应将会是导致电阻增加而造成Q值降低，在空心电感的设计上都是应该考虑的。
但这些因素恰恰是引起线圈谐振所必需的，在谐振耦合中好似加以利用的。
另外提到有关线圈电感量计算公式中，都没有关于线圈所用绕线直径方面的内容，这就表明了线圈的电感量与线径无关。
但实际上，线径大小虽然不影响线圈的电感量，却对线圈性能有影响。
也就是说，线径越细，线圈的等效串联电阻就越大，Q值就越低，线圈性能就越差。
1.3 无线电能接收部分无线电能的接受由三大部分组成，分别是整流电路、滤波电路和稳压电路。
整流是为了方便接收线圈将高频率的正弦交流电压转化成我们负载所需要的电压。
整流有半波整流和桥式整流。
通过实验比较可知，桥式电流的效率以及对二极管的保护能力相对于其他方案要占优势一些。
虽然整流可以将高频的交流电压转化为直流电压，但是输出电压会由很大的脉动成分，这样在给谐波进行供电时会受到很大的谐波干扰，因为我们还需要滤波。
无线电能传输系统传输效率研究
无线电能传输系统传输效率研究一、引言无线电能传输作为一种新兴的能源传输方式，借助于软介质实现能量以无线形式传递，具有广泛的应用前景。
尤其在电动汽车、数码家电、工业吊装、石油钻探等领域，无线电能传输技术显示出了巨大的潜力。
然而，运行时的低效率问题仍然是该技术发展的瓶颈之一。
为了提高传输效率，研究人员提出了多种优化策略，但大部分仅针对单一目标进行优化，无法实现系统全局最优效率。
本文将针对多目标需求条件，探讨无线电能传输系统的传输效率问题。
二、无线电能传输系统概述无线电能传输系统主要包括发射端、传输端和接收端三部分。
其中，发射端通过电磁耦合将电能转化为磁能，传输端通过磁耦合实现磁能的传递，接收端则将磁能转化为电能供给负载。
在整个系统中，传输效率受到许多因素的影响，如耦合系数、工作频率、负载电阻等。
三、传输效率优化方法1. 双自由度最大效率跟踪控制方法针对无线电能传输系统的效率问题，本文提出了一种双自由度最大效率跟踪控制方法。
该方法基于对最优工作点的追踪，同时考虑了系统的动态特性和静态特性，实现了系统在动态过程中的高效运行。
2.磁耦合谐振式无线电能传输磁耦合谐振式无线电能传输系统在保持高效率的同时，具有较大的传输距离和较高的功率密度。
通过合理设计系统参数，可以进一步提高传输效率。
本文对磁耦合谐振式无线电能传输系统的耦合状态和传输特性进行了详细分析，为优化设计提供了理论依据。
3.负载电流补偿策略负载电流补偿策略是另一种提高无线电能传输系统传输效率的方法。
通过实时检测负载电流，对发射端电流进行相应调整，使系统工作在高效状态下。
本文对负载电流补偿策略进行了仿真分析，验证了其有效性。
四、结论无线电能传输系统传输效率研究是当前研究的热点问题。
本文对无线电能传输系统进行了简要概述，分析了影响传输效率的各种因素。
在此基础上，探讨了多种传输效率优化方法，包括双自由度最大效率跟踪控制方法、磁耦合谐振式无线电能传输以及负载电流补偿策略等。
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" 无线电能传输系统电路设计
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的设计是发射模块设计的难点和关键所在!
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振荡电 路作 为振荡 信号 源 "产 生正弦 信号 作为本 振 信号! 采用一般反馈电路"振荡回路内的各种频率信号 经 选频 网络 选频后 "将其 中某 一 特 定 频 率 的 信 号 反 馈 到 输入端"再经放大#反馈#放大#反馈的循环 "使该 信号 的 幅度 不断 增大"振 荡幅 度由 小 到 大 ! 随 着 信 号 振 幅 的 增大"放 大器 将进 入非线 性状 态 "增 益下降 "当反 馈 电 压
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的模块! 为了满足实际应用的需求"需要将接收到的射 频 信号 进行 整流#滤 波#降 压以及 稳压 处理 "处理之 后的 路 以 及 降 压 电 路 7 >8 !
# +./ 的 晶 体 与 图 & 反相晶体振荡器电路图 01.*2’1 & 非 门 ’ 以 及 其 他 电 路 元 件 组 成 了 振 荡 电 路 " 其 中 (# ! (’ +"" )# ! &’ 34 " )& ! &’ 34 ! 该 信 号 输 出 为 一 个 占 空 比 为 5’6 的 方
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!"!"! 降 压 及 稳 压 电 路 的 设 计
由于经过整流后的直流信号电压都比较高 !不利于 负 载的 直接利 用 !需 对信号 进 行 降 压 处 理 " 降 压 电 路 如 图 ( 所示" 该电路利用了稳压管的稳压特性!为三极管 的 基极B射极提 供稳 定的导 通电 压 ! 以 此 达 到 稳 定 降 压 的 效果 " 另外 !还可以 更换 不 同 型 号 的 稳 压 管 以 此 调 控 降压后 电压 范围 !方便 后 续 电 路 的 使 用 " 连 接 ! 个 稳 压 电 容 "!使 负载 端能够 有良 好 $稳定 的输 入电 压 "
频 信号 转换为 高频 信号! 经 滤波 电容 ) 后 "得到 直流 电 压"完成了交流信号向直流信号的转变!
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上"因此本系统采用了高 效率 的全波 整流 电路 ! 如图 1
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管在该振荡电路 益元件! 在本电路 中使用了频率为