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无线输电简介_无线输电个人资料_无线输电微博

2018-10-09 01:07:49 科学百科 阅读 30 次

理论溯源/无线输电 编辑

无线输电的提出最早要追溯到1889年尼古拉·特斯拉,作为工程师,特斯拉研究并发展了交流电技术,为工程学做出了贡献。

无线输电
无线输电

1889年特斯拉发明了「无线输电方法」,他在美国科罗拉多泉(Colorado Spring)建设实验室开发及研究此项「无线传电」技术,经过八个月的研究后,特斯拉便决定在长岛(Long Island)试建首座名为「沃登克里弗塔」(Wardenclyffe Tower)的电力发射塔,该塔能够与地球的电离层与大地构成的电容发生串联谐振,能量可以被地球的另一端的一个沃登克里弗塔所接收,通过这种方法便可以将电离层中的电力输送到地球的任意一端。该塔利用的是地球存在于电离层中的能量,因此能量非常的大并且使用起来几乎没有污染。此技术大大减少了电力传输线路所花费的成本以及传输造成的损耗,并且使用的是电离层中的电能。

技术分析/无线输电 编辑

无线输电
无线输电

无线输电技术与无线电通讯中所用发射与接收技术并无本质区别。但是前者着眼于传输能量,而非附载于能量之上的信息。无线输电技术的最大困难在于无线电波的弥散与不期望的吸收与衰减。对于无线电通讯,无线电波的弥散问题甚至不一定是件坏事,但是却可能给无线输电带来严重的传输效率问题。一个办法是使用微波甚至激光传输,理论上,无线电波波长越短,其定向性越好,弥散越小。亦有人担心此项技术可能给人带来的健康风险,虽然尚无太多证据证实或者否定这种风险。

技术实验/无线输电 编辑

无线输电
太空太阳能发电示意图

2001年5月16日,一位从事太空研究的工程师居伊·皮尼奥莱在非洲留尼汪岛西南部的格朗巴桑大峡谷进行一场特殊的实验:一只200瓦的灯泡亮了起来。在灯泡周围,既没有电线,也没有插头和插座。

居伊.皮尼奥莱的试验就是利用微波进行长距离无线输电。一部发电机发出的电能首先通过磁控管被转变为电磁微波,再由微波发射器将微波束送出,40米外的接收器将微波束接收后由变流机转换为电流,然后把电灯泡点亮。这次试验的成功,仅是走出无线输电的第一步。

第二步从2003年开始,即给整个格朗巴桑村供电,试验室试验阶段已经完成。第一批发射器和接收器样机已由留尼汪的企业造出。工程技术人员决定在距格朗巴桑村700米远的山头上建一座高压电线塔,在山头的峡谷边缘修建发射器,发射器由一个小型的喇叭状天线和一个抛物柱面反射器组成。发射器的磁控管把高压电线塔输来的电能转换为电磁波束,电磁波束被谷底格朗巴桑村旁呈蜂窝状的接收器接收。

无线输电
三菱重工无线输电的发射装置

随后,电磁波能先被转换为高压直流电,然后再被转换为低压直流电,最后被转换为220伏的普通交流电供格朗巴桑村使用。最终,磁控管的优点是价格低廉,缺点是寿命短、工作频率难以控制。磁控管被雷达系统上常用的速调管所取代。速调管的工作频率极易控制,寿命也比较长,但其价格比磁控管要昂贵得多。第三种取代方案是使用半导体。

在陆地上无线输电的好处是发射器和接收器与大自然融为一体而不破坏环境,高压线输电或太阳光电板则会破坏环境;无线输电的成本比地下电缆输电的成本要低得多,甚至比用柴油发电机组发电的成本还要低。用于无线输电的微波束的强度仅为每平方厘米5毫瓦,比每平方厘米100毫瓦的阳光强度小得多。微波无线输电十分安全,它不会发生电离,不会使周围生物的基因发生变异。在微波接收器下面甚至可以种植蔬菜。

无线输电
接收装置,LED灯被成功点亮

研究人员下一步的计划是在太空建一座太阳能发电站:将一些地球卫星送入距地面3.6万公里高的同步轨道上,卫星上的光电板将太阳的光能转换为电能,然后将电能用微波的形式传送到地球表面。太空上的光电板平均每平方厘米可以接收140毫瓦的光能,为地球表面光能接收效率的8倍。而且,在太空,光能的接收不受昼夜、阴晴和季节变化的影响。

2015年3月8日,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)说,研究人员利用微波,把1.8千瓦电力(足够用来启动电水壶)以无线方式,精准地传输到55米距离外的一个接收装置。

2015年12日,日本三菱重工也宣布,科研人员把10千瓦电力转换成微波后输送,其中的部分电能成功点亮500米外接收装置上的LED灯。是日本在国内成功实验中距离最长、电力最大的一次。三菱重工周五在一份声明中说:“我们确信,这次实验表明无线输电商业化已经成为可能。”

研发原理/无线输电 编辑

电磁波无线输电系统由美国witricity公司开发,能够在不借助电线情况下为手机、电视等用电设备输送电量。该系统是基于麻省理工学院物理学家马林·索尔贾希克的研究成果开发出来的。在连续3个晚上被手机的电量低警告音吵醒之后,索尔贾希克突发奇想:“为什么不让电流直接从墙壁里蹦出来而后钻进我的手机里呢?”

实际上,利用电磁波进行无线输电的想法已经不是什么新鲜事,但由于电磁能会向所有方向辐射,这种输电方式效率很低。为此,索尔贾希克将目光转向“共振”原理,即在使用一个确定的频率时,能量转移能够更有效地进行。

当两个物体拥有相同的共振频率时,彼此间的能量转移将更为强烈,周围物体无法对这一过程产生影响。举个例子来说,如果歌手唱出一个特定的高音,其所产生的声共振能够将酒杯“撕碎”。WiTricity的无线输电系统便利用了低频电磁波的共振现象。

WiTricity研制的一种充电器共由两个磁线圈组成,其中一个磁线圈能够以一个特殊的频率产生共振,可以植入墙内,或者放置在地板、天花板以及桌子下面。另一个磁线圈则植入手机或笔记本,通过以同样的频率共振吸收电量。公司CEO埃里克·吉勒尔表示,由于能量通过磁场进入用电设备,无线输电这种方式非常安全。他说:“人类以及我们周围绝大多数物体本身都是无磁性的。”

工作原理/无线输电 编辑

1.输电线中的电能传入用铜制造的天线中。

2.天线以10兆赫的波长振动,产生电磁波。

3.天线发出的能量传播到2米(6.5英尺)外。

4.同样以10兆赫的频率震动的膝上型电脑接收到电流,能量充入设备中。

5.没有转换成膝上型电脑的能量不会被天线重新吸收。不能产生10兆赫共振的人和其他物体不会对它产生干扰。