无线网络和无线信号已经成为我们日常生活中非常常见的词汇。然而,到目前为止,无线电力传输仍然相对较少。
无线输电意味着以后我们不用到处挖沟、拉杆、铺电线,非常方便我们到处用电。真的有无线传输电的技术吗?答案是肯定的,这项技术出现在100多年前。
无线电力传输的概念最早是由尼古拉·特斯拉提出的。没错,就是这个在网上被吹成神的人。起初,他发明了“特斯拉线圈”,可以产生数百万伏的高频电压,用于人工制造闪电。很酷,也是吸引女生的利器。“特斯拉线圈”看似神秘,其实是一种特殊的变压器(一种分布参数高频串联谐振变压器)。其原理是用变压器升压,然后通过LC振动在次级线圈端产生高压。次级线圈的一端连接到放电端,另一端接地以形成放电电容器。当初级和次级端之间的谐振相同时,初级线圈的电将涌向次级线圈,直到次级线圈的放电端放电。
特斯拉用他的发明实现了每空无线点亮灯泡的实验,但特斯拉并不满足于此,他希望在全球范围内实现无线输电。然后他发明了一种“放大器发射器”,用于无线传输电力。原理是以地球为内导体,以地球电离层为外导体。通过他的放大发射器,利用这种放大发射器独特的径向电磁波振荡模式,在地球和电离层之间建立低频共振,利用地球周围的表面电磁波来传输能量。
这种电能传输方式和广播的区别在于,广播的能量最终会在空之间损耗,而这种模式下传输电能的机制只是在没有接收端时交换无功能量来维持共振磁场,所以损耗非常小。特斯拉还建造了一座沃尔登·克雷弗塔进行测试,但不幸的是,它未能按预期进行。对于特斯拉实验的终止,网络上阴谋论的声音很多,认为是利益集团的干涉。这是真是假很难理解。但是从今天的技术来看,特斯拉的大胆想法虽然漂亮,理论上也可行,但是存在电磁辐射、效率等问题,从目前的技术来看并不实用。
特斯拉,一种电力传输技术,属于磁共振模式(注意变压器变换是电磁感应原理,但特斯拉线圈放电时的磁共振原理基本相同),其原理是将发送端和接收端的线圈调整成一个共同的mr系统。当发送端产生的振荡磁场的频率与接收端的固有频率一致时,接收端就会发生共振,从而实现能量传输。磁共振技术可以很好地控制空之间的波长和磁长分布并传输能量,对人体无害,但距离有限,一旦破坏共振条件,就无法传输电能。
2010年,海尔电视曾推出“无尾电视”,也采用& # 8221;无辐射磁耦合共振& # 8221;磁共振无线电力传输技术实现了一定距离的无线电力传输,也是首次在电视终端实现无线电力传输。
除了特斯拉发明的磁共振无线电力传输方法,还有其他无线电力传输技术,如微波无线电力传输。微波无线电力传输技术简称MWPT,其原理是通过磁控管将电能转化为微波,使微波在自由的空内传递到指定目标,再转化为直流电。2015年,日本三菱重工利用微波无线电力传输技术对500米外的灯泡进行照明。
无线电力传输具有无介质传播、传输距离远、功率大、损耗低的优点,但长距离传输需要高效率的整流天线和高定向天线,难以发展,微波对电能的效率低,对人体有害。
还有一种光电无线电能传输方式值得研究。光电无线电力传输是利用半导体的光伏效应直接将光能转化为电能的电能传输技术。光能传输技术的优点是可以形成光束,发散角小,可以远距离传输电能,损耗小。缺点是相位难以控制,需要高精度跟踪技术,容易被天气和障碍物遮挡。激光无线传输电能将在航空航天领域得到广泛应用。例如,在美国,进行了通过激光向无人机传输电力的实验。
当然,除了上述电磁感应、磁共振、微波、激光等无线传输技术外,还有电场耦合和电磁感应。但到目前为止,各种传输方式都存在距离、干扰、控制和效率等各种问题。因此,无线电力传输离工业应用还很远。但也出现了一些低功耗、短距离的应用,如“无尾电视”、无线手机充电器等。
相信在不久的将来,随着技术的不断发展,无线电力传输技术将会应用到各个领域。那时人类的发展就像风筝一样,摆脱了弦的束缚,会飞得更高更快。