Как работи безжичният трансфер на енергия

Как работи безжичният трансфер на енергия

Безжичният трансфер на енергия е процес, при който електрическата енергия се прехвърля от една система в друга система чрез електромагнитни вълни, без да се използват проводници или някакъв физически контакт.



В тази публикация обсъждаме как работи безжичният трансфер на енергия или трансферът на електричество по въздух, без да се използват жици.

Може би вече сте се сблъсквали с тази технология и може би сте преминали през много свързани теории в интернет.





Въпреки че Интернет може да е пълен с такива статии, обясняващи концепцията с примери и видеоклипове, читателят най-вече не разбира основния принцип, управляващ технологията, и бъдещите й перспективи.

Как работи безжичният трансфер на електричество

В тази статия ще се опитаме приблизително да разберем как се случва или работи безжичен трансфер на електроенергия или как се провежда и защо идеята е толкова трудна за изпълнение на големи разстояния.



Най-често срещаният и класически пример за безжичен трансфер на енергия е нашата стара радио и телевизионна технология, която работи чрез изпращане на електрически вълни (RF) от една точка до друга без кабели, за предвидения трансфер на данни.

Трудността

Въпреки това недостатъкът на тази технология е, че тя не е в състояние да прехвърли вълните с висок ток, така че предадената мощност да стане значима и използваема от приемащата страна за задвижване на потенциален електрически товар.

Този проблем става труден, тъй като съпротивлението на въздуха може да бъде в диапазона от милиони мега ома и по този начин е изключително трудно да се преодолее.

Друга караница, която прави трансфера на дълги разстояния още по-труден, е възможността за фокусиране на мощността към дестинацията.

Ако предаденият ток се остави да се разпръсне под широк ъгъл, приемникът на местоназначението може да не успее да приеме изпратената мощност и евентуално да придобие само част от нея, което прави операцията изключително неефективна.

Прехвърлянето на електричество на къси разстояния без проводници обаче изглежда много по-лесно и е успешно приложено от мнозина, просто защото за къси разстояния горните обсъждани ограничения никога не стават проблем.

За безжичен пренос на мощност на къси разстояния срещнатото въздушно съпротивление е много по-малко в рамките на няколко 1000 мега ома (или дори по-малко в зависимост от нивото на близост) и трансферът става осъществим доста ефективно с включването на висок ток и висока честота.

Придобиване на оптимален обхват

За да се постигне оптимална ефективност на разстоянието до тока, честотата на предаване става най-важният параметър в операцията.

По-високите честоти позволяват по-ефективното изминаване на по-големи разстояния и следователно това е един елемент, който трябва да се следва, докато се създава апарат за безжичен трансфер на мощност.

Друг параметър, който помага за по-лесен пренос, е нивото на напрежението, по-високите напрежения позволяват включване на по-нисък ток и поддържане на устройството компактно.

Сега нека се опитаме да схванем концепцията чрез проста схема, създадена:

Веригата е настроена

Списък с части

R1 = 10 ома
L1 = 9-0-9 завъртания, т.е. 18 завъртания с централен кран с помощта на 30 SWG супер емайлирана медна жица.
L2 = 18 завъртания с помощта на 30 SWG супер емайлирана медна жица.
Т1 = 2N2222
D1 ---- D4 = 1N4007
C1 = 100uF / 25V
3V = 2 AAA 1,5V клетки последователно

Изображението по-горе показва ясна безжична верига за пренос на мощност, състояща се от степен на предавател вляво и степен на приемник от дясната страна на дизайна.

И двата етапа могат да се видят разделени със значителна въздушна междина за предвиденото изместване на електричеството.

Как работи

Етапът на предавателя на мощност изглежда като осцилаторна верига, направена чрез мрежова верига за обратна връзка през NPN транзистор и индуктор.

Да, точно така, предавателят наистина е осцилаторен етап, който работи по push-pull начин за индуциране на пулсиращ високочестотен ток в свързаната намотка (L1).

Индуцираният високочестотен ток развива съответното количество електромагнитни вълни около намотката.

Намирайки се на висока честота, това електромагнитно поле може да се разкъса през въздушната междина около него и да достигне до разстояние, което е допустимо в зависимост от текущия му рейтинг.

Приемникът може да се види, състоящ се само от допълващ индуктор L2, доста подобен на L1, който има единствената роля да приема предадените електромагнитни вълни и да го преобразува обратно в потенциална разлика или електричество, макар и при по-ниско ниво на мощност поради включеното предаване загуби във въздуха.

Електромагнитните вълни, генерирани от L1, се излъчват навсякъде и L2, намиращ се някъде в линията, е ударен от тези EM вълни. Когато това се случи, електроните в L2 проводниците са принудени да трептят със същата скорост като EM вълните, което накрая води до индуцирано електричество и през L2.

Електричеството се коригира и филтрира по подходящ начин от свързания мостов токоизправител и C1, представляващи еквивалентен DC изход през показаните изходни клеми.

Всъщност, ако внимателно видим принципа на работа на безжичния трансфер на енергия, ние откриваме, че това не е нищо ново, освен нашата вековна трансформаторна технология, която обикновено използваме в нашите захранващи устройства, SMPS устройства и т.н.

Единствената разлика е липсата на сърцевина, която обикновено намираме в нашите редовни трансформатори за захранване. Ядрото помага да се максимизира (концентрира) процеса на трансфер на мощност и да се въведат минимални загуби, което от своя страна увеличава ефективността до голяма степен

Избор на сърцевина на индуктор

Ядрото също така позволява използването на относително по-ниски честоти за процеса, за да бъдем точни около 50 до 100 Hz за трансформатори с желязна сърцевина, докато в рамките на 100 kHz за трансформатори с феритна сърцевина.

В предложената от нас статия за това как функционира безжичният пренос на мощност, тъй като двата раздела трябва да бъдат изцяло отдалечени един от друг, използването на ядрото става неоспоримо и системата е принудена да работи без комфорта на подпомагащо ядро.

Без сърцевина става от съществено значение да се използва относително по-висока честота, а също и по-висок ток, така че трансферът да може да се инициира, което може да бъде пряко зависимо от разстоянието между предаването и приемането.

Обобщаване на концепцията

За да обобщим, от горната дискусия можем да предположим, че за да реализираме оптимален трансфер на мощност по въздух, трябва да имаме следните параметри, включени в проекта:

Правилно съчетано съотношение на намотката по отношение на предвидената индукция на напрежението.

Висока честота от порядъка на 200kHz до 500kHz или по-висока за намотката на предавателя.

И висок ток за намотката на предавателя, в зависимост от това на колко разстояние трябва да бъдат пренесени излъчените електромагнитни вълни.

За повече информация относно това как работи безжичният трансфер, моля не се колебайте да коментирате.




Предишна: CDI тестерна верига за автомобили Напред: Безжична схема за зарядно устройство за мобилен телефон