Cum funcționează transferul de energie fără fir

Transferul de energie fără fir este un proces în care energia electrică este transferată dintr-un sistem în alt sistem prin unde electromagnetice fără a utiliza fire sau orice contact fizic.

În această postare discutăm despre modul în care funcționează transferul de energie fără fir sau transferul de energie electrică prin aer fără a utiliza fire.

S-ar putea să fi întâlnit deja această tehnologie și s-ar putea să fi trecut prin multe teorii conexe pe internet.

Deși Internetul poate fi plin de astfel de articole care explică conceptul cu exemple și videoclipuri, cititorul nu reușește în mare parte să înțeleagă principiul de bază care guvernează tehnologia și perspectivele sale viitoare.

Cum funcționează transferul de energie electrică fără fir

În acest articol vom încerca aproximativ să ne facem o idee cu privire la modul în care are loc un transfer de energie electrică fără fir sau funcționează sau are loc conducerea și de ce ideea este atât de dificilă de implementat pe distanțe mari.

Cel mai obișnuit și clasic exemplu de transfer wireless de energie este vechea noastră tehnologie radio și TV care funcționează prin trimiterea undelor electrice (RF) de la un punct la altul fără cabluri, pentru transferul de date preconizat.

Dificultatea

Cu toate acestea, dezavantajul din spatele acestei tehnologii este că nu este în măsură să transfere undele cu curent mare, astfel încât puterea transmisă să devină semnificativă și utilizabilă pe partea de recepție pentru a conduce o sarcină electrică potențială.

Această problemă devine dificilă, deoarece rezistența aerului ar putea fi în intervalul a milioane de mega ohmi și, prin urmare, extrem de dificil de rezolvat.

O altă problemă care face ca transferul pe distanțe lungi să fie și mai dificil este fezabilitatea focalizării puterii către destinație.

Dacă curentul transmis este permis să se disperseze pe un unghi larg, este posibil ca receptorul de destinație să nu poată primi puterea trimisă și ar putea dobândi doar o fracțiune din acesta, făcând operația extrem de ineficientă.

Cu toate acestea, transferul de energie electrică pe distanțe scurte fără fire pare mult mai ușor și a fost implementat cu succes de mulți, pur și simplu pentru că pentru distanțe scurte constrângerile discutate mai sus nu devin niciodată o problemă.

Pentru un transfer de energie fără fir la distanță scurtă, rezistența aerului întâlnită este mult mai mică, într-un interval de câțiva 1000 meg ohmi (sau chiar mai mică în funcție de nivelul de proximitate), iar transferul devine fezabil destul de eficient odată cu încorporarea curentului mare și frecventa inalta.

Obținerea intervalului optim

Pentru a dobândi o eficiență optimă distanță-curent, frecvența transmisiei devine cel mai important parametru în operație.

Frecvențele mai mari permit acoperirea mai eficientă a distanțelor mai mari și, prin urmare, acesta este un element care trebuie urmat în timpul conceperii unui aparat de transfer de energie fără fir.

Un alt parametru care ajută transferul mai ușor este nivelul de tensiune, tensiunile mai mari permit implicarea unui curent mai mic și păstrarea dispozitivului compact.

Acum, să încercăm să înțelegem conceptul printr-un simplu circuit configurat:

Configurarea circuitului

Lista de componente

R1 = 10 ohm
L1 = 9-0-9 spire, adică 18 spire cu o robinetă centrală folosind un fir de cupru super emailat de 30 SWG.
L2 = 18 spire folosind 30 fire de cupru super emailate SWG.
T1 = 2N2222
D1 ---- D4 = 1N4007
C1 = 100uF / 25V
3V = 2 celule AAA 1,5V în serie

Imaginea de mai sus prezintă un circuit de transfer de energie fără fir, format din etapa transmițătorului din stânga și etapa receptorului din partea dreaptă a proiectului.

Ambele etape pot fi văzute separate cu un decalaj semnificativ pentru deplasarea intenționată a energiei electrice.

Cum functioneaza

Etapa transmițătorului de putere arată ca un circuit oscilator realizat printr-un circuit de rețea de feedback printr-un tranzistor NPN și un inductor.

Da, așa este, emițătorul este într-adevăr un stadiu oscilator care funcționează într-o manieră push-pull pentru a induce un curent pulsatoriu de înaltă frecvență în bobina asociată (L1).

Curentul indus de înaltă frecvență dezvoltă o cantitate corespunzătoare de unde electromagnetice în jurul bobinei.

Fiind la o frecvență înaltă, acest câmp electromagnetic este capabil să se rupă prin golul de aer din jurul său și să ajungă la o distanță permisă, în funcție de valoarea sa curentă.

Etapa receptorului poate fi văzută constând doar dintr-un inductor complementar L2 destul de similar cu L1, care are singurul rol de a accepta undele electromagnetice transmise și de a le converti înapoi la o diferență de potențial sau electricitate, deși la un nivel de putere mai scăzut datorită transmisiei implicate pierderi prin aer.

Undele electromagnetice generate de L1 sunt radiate de jur împrejur, iar L2 fiind undeva în linie este lovit de aceste unde EM. Când se întâmplă acest lucru, electronii din firele L2 sunt forțați să oscileze la aceeași viteză ca undele EM, ceea ce duce în cele din urmă la o electricitate indusă și în L2.

Energia electrică este rectificată și filtrată în mod corespunzător de către redresorul de punte conectat și C1 constituind o ieșire DC echivalentă pe bornele de ieșire prezentate.

De fapt, dacă vedem cu atenție principiul de funcționare al transferului de energie fără fir, constatăm că nu este nimic nou, decât tehnologia noastră de transformare veche pe care o folosim în mod obișnuit în sursele noastre de alimentare, în unitățile SMPS etc.

Singura diferență este absența miezului pe care îl găsim în mod normal în transformatoarele noastre regulate de alimentare. Miezul ajută la maximizarea (concentrarea) procesului de transfer de energie și la introducerea pierderilor minime, care la rândul lor măresc eficiența într-o mare măsură

Selecția nucleului inductor

Nucleul permite, de asemenea, utilizarea unor frecvențe relativ mai mici pentru proces, pentru a fi precis în jur de 50 până la 100 Hz pentru transformatoarele cu miez de fier, în timp ce în limita a 100 kHz pentru transformatoarele cu miez de ferită.

Cu toate acestea, în articolul nostru propus cu privire la modul în care funcționează transferul de energie fără fir, deoarece cele două secțiuni trebuie să fie în totalitate îndepărtate una de cealaltă, utilizarea unui nucleu devine exclusă, iar sistemul este obligat să funcționeze fără confortul unui nucleu de asistență.

Fără un nucleu devine esențial să se utilizeze o frecvență relativ mai mare și, de asemenea, un curent mai mare, astfel încât transferul să poată iniția, care poate fi direct dependent de distanța dintre etapele de transmisie și de recepție.

Rezumând conceptul

Pentru a rezuma, din discuția de mai sus putem presupune că pentru a implementa un transfer optim de putere prin aer, trebuie să avem următorii parametri incluși în proiectare:

Un raport al bobinei corespunzător în raport cu inducția de tensiune intenționată.

O frecvență înaltă de ordinul 200kHz la 500kHz sau mai mare pentru bobina emițătorului.

Și un curent mare pentru bobina emițătorului, în funcție de cât de multă distanță este necesară transferul undelor electromagnetice radiate.

Pentru mai multe informații despre cum funcționează transferul wireless, vă rugăm să nu ezitați să comentați.