Ako funguje bezdrôtový prenos energie

Bezdrôtový prenos energie je proces, pri ktorom sa elektrická energia prenáša z jedného systému do druhého prostredníctvom elektromagnetických vĺn bez použitia drôtov alebo iného fyzického kontaktu.

V tomto príspevku diskutujeme o tom, ako funguje bezdrôtový prenos energie alebo prenos elektriny vzduchom bez použitia drôtov.

Možno ste sa už s touto technológiou stretli a možno ste už prešli mnohými súvisiace teórie na internete.

Aj keď internet môže byť plný takýchto článkov, ktoré vysvetľujú koncept pomocou príkladov a videí, čitateľ väčšinou nechápe základný princíp, ktorým sa táto technológia riadi, a jej perspektívy do budúcnosti.

Ako funguje bezdrôtový prenos elektriny

V tomto článku sa zhruba pokúsime získať predstavu o tom, ako prebieha alebo funguje bezdrôtový prenos elektriny alebo ako prebieha alebo vedie vedenie a prečo je tento nápad tak ťažko realizovateľný na veľké vzdialenosti.

Najbežnejším a klasickým príkladom bezdrôtového prenosu energie je naša stará rádiová a televízna technológia, ktorá pracuje tak, že pre zamýšľaný prenos dát vysiela elektrické vlny (RF) z jedného bodu do druhého bez káblov.

Obtiažnosť

Nevýhodou tejto technológie však je, že nie je schopná prenášať vlny s vysokým prúdom, takže prenášaný výkon sa stáva zmysluplným a použiteľným na prijímacej strane na pohon potenciálnej elektrickej záťaže.

Tento problém je stále ťažší, pretože odpor vzduchu môže byť v rozmedzí miliónov mega ohmov, a preto je veľmi ťažké ho prekonať.

Ďalším problémom, ktorý ešte viac sťažuje prenos na dlhé vzdialenosti, je uskutočniteľnosť napájania do cieľového miesta.

Pokiaľ sa môže prenášaný prúd rozptýliť pod širokým uhlom, cieľový prijímač nemusí byť schopný prijímať vyslaný výkon a mohol by získať iba jeho zlomok, čo robí operáciu mimoriadne neefektívnou.

Avšak prenos elektriny na krátke vzdialenosti bez drôtov vyzerá oveľa jednoduchšie a mnohí ho úspešne implementovali, jednoducho preto, že vyššie uvedené obmedzenia na krátke vzdialenosti nikdy nebudú problémom.

Pri bezdrôtovom prenose energie na krátku vzdialenosť je zistený odpor vzduchu oveľa menší, v rozmedzí niekoľkých 1000 meg ohmov (alebo dokonca menší v závislosti od úrovne blízkosti), a prenos sa stáva uskutočniteľným skôr efektívne so začlenením vysokého prúdu a vysoká frekvencia.

Získavanie optimálneho rozsahu

Aby sa získala optimálna účinnosť vzdialenosť od prúdu, frekvencia prenosu sa stáva najdôležitejším parametrom operácie.

Vyššie frekvencie umožňujú efektívnejšie pokrytie väčších vzdialeností, a preto je to jeden prvok, ktorý je potrebné dodržiavať pri navrhovaní bezdrôtového prenosového prístroja.

Ďalším parametrom, ktorý napomáha ľahšiemu prenosu, je úroveň napätia, vyššie napätie umožňuje zapojenie nižšieho prúdu a udržanie kompaktnosti zariadenia.

Teraz sa pokúsime pochopiť tento koncept prostredníctvom jednoduchého nastavenia obvodu:

Okruh nastavený

Zoznam položiek

R1 = 10 ohmov
L1 = 9-0-9 závitov, to je 18 závitov so stredovým kohútikom pomocou super smaltovaného medeného drôtu 30 SWG.
L2 = 18 závitov pomocou 30 SWG super smaltovaného medeného drôtu.
T1 = 2N2222
D1 ---- D4 = 1N4007
C1 = 100uF / 25V
3V = 2 AAA 1,5V bunky v sérii

Obrázok vyššie zobrazuje priamy obvod bezdrôtového prenosu energie pozostávajúci z vysielacieho stupňa vľavo a prijímacieho stupňa na pravej strane konštrukcie.

Oba stupne je možné vidieť oddelené so značnou vzduchovou medzerou pre zamýšľaný presun elektrickej energie.

Ako to funguje

Stupeň vysielača výkonu vyzerá ako obvod oscilátora vyrobený obvodom spätnoväzbovej siete cez NPN tranzistor a induktor.

Áno, je to tak, vysielač je skutočne oscilátorový stupeň, ktorý pracuje push-pull spôsobom na vyvolanie pulzujúceho vysokofrekvenčného prúdu v združenej cievke (L1).

Indukovaný vysokofrekvenčný prúd vyvíja okolo cievky zodpovedajúce množstvo elektromagnetických vĺn.

Toto elektromagnetické pole je pri vysokej frekvencii schopné sa roztrhnúť cez vzduchovú medzeru okolo neho a dostať sa do vzdialenosti, ktorá je prípustná v závislosti na jeho prúdovom zaťažení.

Je možné vidieť, že stupeň prijímača pozostáva iba z komplementárneho induktora L2, ktorý je dosť podobný L1, ktorý má jedinú úlohu prijímať prenášané elektromagnetické vlny a prevádzať ich späť na potenciálny rozdiel alebo elektrinu, hoci na nižšej úrovni výkonu v dôsledku zapojeného prenosu straty vzduchom.

Elektromagnetické vlny generované z L1 sú vyžarované dookola a L2, ktoré sú niekde v rade, sú týmito EM vlnami zasiahnuté. Keď sa to stane, elektróny vo vnútri drôtov L2 sú nútené oscilovať rovnakou rýchlosťou ako EM vlny, čo nakoniec vedie aj k indukovanej elektrine cez L2.

Elektrická energia je usmernená a vhodne filtrovaná pripojeným mostíkovým usmerňovačom a C1, ktorý predstavuje ekvivalentný jednosmerný výstup cez zobrazené výstupné svorky.

Ak skutočne pozorne sledujeme princíp fungovania bezdrôtového prenosu energie, zistíme, že nejde o nič nové, iba o našu starú transformačnú technológiu, ktorú bežne používame v našich zdrojoch napájania, jednotkách SMPS atď.

Jediným rozdielom je absencia jadra, ktoré bežne nájdeme v našich bežných napájacích transformátoroch. Jadro pomáha maximalizovať (koncentrovať) proces prenosu energie a zaviesť minimálne straty, ktoré zase vo veľkej miere zvyšujú účinnosť

Výber induktorového jadra

Jadro tiež umožňuje použitie relatívne nižších frekvencií pre tento proces, presných okolo 50 až 100 Hz pre transformátory so železným jadrom, zatiaľ čo v rámci 100 kHz pre transformátory s feritovým jadrom.

Avšak v našom navrhovanom článku, ktorý sa týka fungovania bezdrôtového prenosu energie, pretože tieto dve časti musia byť úplne oddelené od seba, je použitie jadra vylúčené a systém je nútený pracovať bez pohodlia asistujúceho jadra.

Bez jadra je nevyhnutné, aby sa použila relatívne vyššia frekvencia a tiež vyšší prúd, aby bol prenos schopný iniciovať, čo môže priamo závisieť od vzdialenosti medzi vysielacím a prijímacím stupňom.

Zhrnutie konceptu

Aby sme to zhrnuli, z vyššie uvedenej diskusie môžeme predpokladať, že na realizáciu optimálneho prenosu energie vzduchom musíme do návrhu zahrnúť nasledujúce parametre:

Správne priradený pomer cievok vzhľadom na zamýšľanú indukciu napätia.

Vysoká frekvencia rádiovej cievky od 200 kHz do 500 kHz alebo vyššia.

A vysoký prúd pre cievku vysielača, v závislosti od toho, na akú veľkú vzdialenosť je potrebné preniesť vyžarované elektromagnetické vlny.

Ďalšie informácie o tom, ako bezdrôtový prenos funguje, môžete komentovať.