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无线输电关键技术及其应用(二)

   2015-10-27 电工技术学报1180

无线输电中,为了实现电源的可控,目前多采用电力电子逆变技术来实现,然而受开关管等元件的技术参数约束,这一类电源的输出频率若要达到兆赫兹的水平难度非常大,随着输出功率的提升,提升频率难度也进一步增强。

在功率需求不高的场合,为达到传输大频率功率的目的,采用了射频领域的电源技术,采用E类射频功率放大器原理进行电源构造,这一种电源频率相对更高很容易达到兆赫兹级别,不足之处在于对阻抗匹配的需求相对较高,进行相关的设计和试验验证起比较有难度。

(2)发射端技术

振耦合方式中,发射线圈线的物理参数是决定系统共振频率的决定性参数,传输效率的关键因素就在线圈是否具有合适的品质因数。线圈的品质因数,与线圈的电感,电阻值以及系统工作频率先关,所以线圈设计技术的核心就是线圈高频下阻抗特性的调整。

当发射线圈的高品质因数过高时,传输系统的共振频率很高,传输效率也很高,但受系统中各种高频杂散电容参数的影响,线圈的稳定性相对较低,工作频率稍有偏移效率会急剧下降。需要通过线圈自匹配技术或者带可控电容的线圈结构,控制线圈的电容参数,实现的跟随频率变化的阻抗匹配。

发射线圈本身参数的优化主要对线圈的选材、结构设计等方面进行考量,例如采用中继线圈的多线圈传输技术、基于多场耦合联合仿真分析技术设计具有良好磁场分布的线圈结构以实现系统的效率优化,采用超导材料线圈、线圈表面覆盖磁性介质等技术改善线圈的物理参数和传输通道上的磁场分布的新材料应用与新型结构设计技术。

长距离微波传输中,发射天线尺寸极大,保证微波能量经一定距离传输后仍能集中于接收天线位置。为了实现发射天线与接收天线之间高效率、大功率的无线输电,微波无线输电所要求的高增益、大功率容量、频带宽度等要求,需要涉及多场耦合分析与集成设计技术、天线结构创新设计技术、大尺寸柔性形面高精度保持技术、精密波束调整技术和高效热控技术等。

(3)动态跟踪控制技术

在中短距离的无线输电中,使得传输效率最大化的传输频率和阻抗匹配情况均会随环境条件的变化发生一定程度的改变,尤其是在前文提到的频率分裂现象和温度引起的频率漂移现象发生时。通过系统参数的合理设计来规避这些问题具有一定的局限性,因此目前中短距离的无线输电的优化和控制技术是必不可少的。

在长距离的无线输电中,能束对准接收端的状态极大程度地影响系统整体效率。微波发射天线和接收天线间需要具有很高的指向精度,必须采用高精度的发射波束控制,需要研究逆向波束控制技术、大规模发射天线阵列校准技术和分布式信号同步技术来实现所需的波束指向精度。

 
标签: 输电
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