非接触式电能传输技术概述-北极星输配电网

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科技前沿最近，非接触式电能传输(Contactless Energy Transfer, CET)技术得到了广泛的研究与关注，为移动设备供电提供了新的路径，即有效避免了线缆、插头和导电滑环;对于一些诸如航空、生物医学、多传感器应用、机器人工业这样的重要领域，CET技术显著地增加了系统的可靠性，减少了装备的维护工作。

本文对基于电力电子电路的CET技术进行了回顾与总结

CET，也通常被称为非接触式功率传输(Contactless Power Transfer, CPT)或者无线功率传输(Wireless Power Transfer, WPT)。根据能量传输介质的差异，CET可分为：声波耦合式CET、光学耦合式CET、电场耦合式CET以及当前最流行的磁场耦合式CET(也称为感应式CET)，如下图所示。

接下来，本文将对这些技术的基本原理、最新进展、优缺点及应用场合进行介绍，其中将重点介绍磁场耦合式CET技术。

1、声波耦合式CET技术

声波耦合式CET技术的基本原理如下图所示。

直流电能通过逆变器、发射器转换为声波，并通过空气、生物或金属介质进行传播;接收电路将接收到的声波转换为交流电能，并在整流、滤波之后供给负载。其中的发射器、接收器通常采用压电材料实现，这种材料受到压力作用时会在两端面间出现电压。因此，利用压电材料的这一特性可实现机械振动(声波)和交流电的互相转换。

与磁场耦合式CET技术相比，声波耦合式CET技术具有以下特点：1)对于任意尺寸的发射器和接收器，声波耦合式CET技术使用的开关频率可比磁场耦合式CET技术小得多(仅为后者的Cair/Cem倍，其中Cair、Cem分别为声波及电磁波在空气中的传输速度)。因此，电力电子变流器的损耗也相对较小;2) 可在不允许电磁场存在的场合使用;3) 当电能传输的方向确定时，系统体积比磁场耦合式CET系统小;4) 通常，声波耦合式CET系统效率比电感性系统要低;然而，当发射器与接收器距离远大于它们的半径时，系统效率要比电感性系统高。

声波耦合式CET系统的常用场合包括：生物医学(100mW以下、效率最高为40%);需要通过金属屏障的无线传输系统(如核电站的传感器、真空室、气体钢瓶)，功率可达1kW，效率为84%。

2、光学耦合式CET技术

光学耦合式CET系统的工作方式类似于远场电磁波或微波能量传输，然而其频率范围位于可见光谱范围(或附近)。系统基本原理是：发射器通过激光二极管产生带有能量的光束，接收器采用光伏二极管重新转换为电能。

虽然目前微波技术已经实现大功率能量的传输，但是当远距离使用时会存在衍射损耗，系统效率会大大降低。目前的研究报道中，光学耦合式CET系统的功率等级从低于1W到数十W不等，光电转换效率为20%-30%。主要应用场合包括航天器平台以及陆上平台。

原标题：非接触式电能传输技术概述

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