试论无线电能传输系统中传输功率和效率的影响因素

林昌茂

摘要：随着全球各国科学技术水平的不断发展和提高，国内外的专家和相关工作人员开始研究开发如何利用无线技术进行电能的传输。如果这项技术研究成功，将会促进科学技术的进一步发展。但在目前该技术推广的过程中，其所能够使用的电磁环境变得越来越复杂。文章针对影响无线电能传输系统中传输功率和效率的各种因素进行分析和探讨，希望为我国相关工作人员在这方面的研究提供一些具有参考性的资料。

关键词：无线电能传输；功率；效率；因素

在19世纪80年代末期，人们开始研究无线电能传输的相关技术，直到2007年，美国麻省理工学院通过利用谐振原理初步取得了这方面的研究成果。目前，该技术在多种领域得到了应用和推广，如医疗器械等。这项技术在各个领域中的应用，不仅给人们的生活带来了更多的便利，还促进了科学技术的进一步的发展。下面笔者就针对这项技术进行理论分析。

1无线电能传输系统中传输功率和效率的理论分析

1.1无线电能传输系统中传输功率和效率的分析

现阶段用于分析和研究谐振耦合电路所使用的方法理论主要包括电路和耦合模。耦合模理论能够宏观地描述出其运行的原理，但无法根据各种参数详细地说明该系统所具有的各项功能。而电路理论相较于耦合模理论，能准确描述出影响该系统传输功率以及效率的不同参数。根据相关资料显示，这2种理论在研究该系统传输功率和效率方面具有同等作用，因此，本文所采用的研究方法是电路间的互感理论。传输系统通常是由发射、接受、负载以及电源4个部分装置构成的。

1.2无线电能传输系统中阻抗的分析

以谐振耦合电路为例进行分析，其基本的工作原理是只有选择频率相同的2个物体，才能够实现物体间能量的传输。根据相关的输出定理能够清楚地了解到，当2个物体间的阻抗为共轭关系时，2个物体间的传输功率能够达到最大值。而阻抗不为共轭关系时，将会大大影响物体间传输功率。所以，为了增加2个物体间的传输效率，提高传输功率，应选择阻抗具有共轭关系的2个物体。若选择了不相符的物体，极容易损坏相关的仪器。因此，在该系统中应尽量选择阻抗相匹配的物体，然而在实际的选择中，难以选到阻抗十分匹配的物体，通常选择具有相似阻抗的物体。

利用谐振耦合电路进行传输的系统主要包括2种电路和4种系统，其中电路包括正弦和功放2种电路，系统包括负载、调压以及电磁发射和接收4种系统。通过该系统构成的结构能够知道，上述4种系统能够构成功放电路的负载。图1便是该系统2种等效的电路模型。

该电路模型中，VS是该电路的电源，R为电路中各部分的电阻，L线圈的电感，M表示每两组线圈之间的互感系数，C则代表各部分的电容。在此电路模型当中，以上叙述的为主要参数，其他影响较小的参数可忽略不计。

通过利用相关的公式能够计算出其整体的阻抗，影响整体阻抗的参数一共有5个，分别为频率、激磁和发射线圈之间的互感系数、发射和接收线圈之间的互感系数、接收和负载线圈之间的互感系数以及负载电阻。这5种参数一旦发生变化，将会大大影响系统传输功率的大小和传输速率的有效性。

2实验研究与分析

2.1频率对传输功率和效率的影响

接收线圈与发射线圈长度为30cm，其中负载阻抗为60Ω，在对其进行研究时，对发生器进行调节，使其传输频率逐渐增加，将得到的功率以及效率绘制成图2，并对其进行研究。

根据图2可以发现，在机械工作过程中，功率与效率不是随着频率的增长而无限增加的，是先进行一个阶段的增长之后，又有一定的下降趋势，在8.7MHz时，效率与功率同时达到了顶峰。根据这一现象就可以发现，在这一设备中，频率对负载阻抗具有一定的调节作用，如果要使设备的效率达到最高，就可以改变频率，使设备内的负载阻抗进行调节。2.2M₂₃对传输功率和效率的影响

在研究的装置中，所使用的是50Ω的负载阻抗，将输出的频率保持不变，固定在8.7MHz，将设备中各项圈的距离不断地增加，将测得的结果绘制成图3，并对队形进行分析。

根据图3的分析可以发现，在线圈距离较短时，随着距离的增加，功率与效率有一定的增长趋势，而距离达到了一定程度后，就会发现，功率与效率具有明显的下降趋势，在本文的实验中功率达到最大值时两线圈之间的距离为14cm，效率达到最大值时两线圈的距离为20cm。这就能很好地表现出线圈距离的远近对负载阻抗有重要的影响，根据使用功率的要求，对线圈之间的距离进行更改，使设备在使用过程中发挥出重要的作用。

2.3M₁₂：和M₃₄传输功率与效率的影响通过研究发现，实验装置的负载数值为50Ω纯阻性负载，在发射信号时，其频率保持在8.6MHz期间，发射线圈以及接受线圈之间的距离保持为20cm左右。对信息分析可知，把激磁线圈与发射线圈间距离调整时，M₁₂的数值也随之发生改变；如果改变接受线圈和负载线圈时，M₃₄的数值也发生了改变，发射线圈和接受线圈电压波段产生变化。可以得出

结论，M₁₂：和M₃₄对于负载抗阻有很大影响，两者一旦发生变化，模块的输出功率也发生变化。

3结语

通过分析无线电能传输技术的基本工作原理，对其进行实验，证明了阻抗是否匹配对其传输的效果有着很大的影响。所以，在选择物体阻抗时，应尽量与原阻抗相匹配，能够有效地提高其传输的效率。而影响阻抗大小因素主要包括频率、激磁和发射线圈之间的互感系数、发射和接收线圈之间的互感系数、接收和负载线圈之间的互感系数以及负载电阻5种因素。因此，在实际的应用过程中，尽量使各项参数达到最佳状态，从而提高其传输的效率和功率。