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無線電能傳輸中諧振到底有什麼作用?為什麼可以提高傳輸功率?無線充電系統與變壓器有什麼不同?

作者:由 象象同學 發表于 遊戲時間:2018-07-19

Minimize VA-rating of the converter。 本質上來說,原邊諧振與否是不會影響無線輸電傳輸的距離和功率的。因為只要輸電板中有對應的電流大小就可以(或者叫Pad VA)。只是一種是透過諧振把電流提升到,例如,20amp 的pad VA。而另一種需要強行把電流提升到20amp 的pad VA。

舉例來說,如果傳輸1kw功率原邊輸電板中的電流是20amp,如果應用諧振,那原邊只需要1。1kw的逆變器就夠了(假設效率90%),忽略ESR,電路可以看成只有反射阻抗一個主要的阻抗。因為電感感抗jwL被電容容抗1/jwC所抵消,兩者之間大小相等,相位差180°。320v輸入電壓僅需提供3。5amp電流。converter 的rating正常。

而如果原邊沒有諧振,原邊線圈中也需要20amp電流副邊在同樣情況下才能接收1kw功率。但此時不但要克服電路中副邊的反射阻抗,還需要克服電感的感抗,假設電感值是300uH,執行在85khz,即jwL為,2*pi*85000*0。0003=160ohm。這次忽略反射阻抗和ESR(都變次要因素了),而20*160=3200V,即是,用3200v強行把160ohm感抗拉出20amp電流,可以簡單計算一下converter需要多少功率容量哈。

並且即使執行在感性負載,電路中的損耗也會增大很多,因為VA rating 太大了。而以上兩個系統在功率傳輸,和能傳輸的距離都是幾乎相同的(在再忽略掉一些次要因素的條件下)。

原理同樣應用於副邊接收端,也應用於四種基本諧振電路,ss,pp,ps,sp。因為耦合係數低才和變壓器不一樣,是都需要諧振的。而原副邊任意一邊不加入諧振而仍然使用原先的逆變器的話,就會看到傳輸功率極大下降,這也就是一般變壓器拉開以後傳輸不過去功率的原因。

再舉個不恰當的例子,諧振像是往水塔中蓄水,只需要把水抽到高處水塔,任何一家低於這個高度的住戶開啟水管都有水了。期間,只需抵消了重力勢能(有功)即可,不需要再有額外的麻煩。而不諧振,就像不管住戶用不用水,都用水泵一直維持住戶水管水壓,那住戶不開水管的時候,做的功都是白費的。

留意到我國的一些早期論文只做了一半補償,並把這種方式稱作磁感應方式,是非常不對的。磁感應與磁共振,貓叫了咪,電路品質因數Q值不一樣而已。早在一個世紀前,特斯拉在其早年的工作中已經使用原副邊同時補償的方式,並且強調例如低ESR,高Q值提升電路傳輸距離等。具體補償和諧振包括品質因數等,可以查閱任一本《電路》教材。

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那麼有沒有不諧振的無線輸電電路,實際工程當中是有的。據我所知,有一種高壓輸電監測裝置,在50Hz,330kV導線附近使用,就沒有補償。一方面因為監測裝置需要功率較小,另一方面頻率太低了,補償電容值會非常大,體積重量可能不可接受,可用LC諧振電路式計算 w=1/2pi*sqrt(LC)。

標簽: 諧振  電路  VA  原邊  20amp