Как работает беспроводная передача энергии

Беспроводная передача энергии - это процесс, в котором электрическая энергия передается от одной системы к другой с помощью электромагнитных волн без использования проводов или какого-либо физического контакта.

В этом посте мы обсудим, как работает беспроводная передача энергии или передача электричества по воздуху без использования проводов.

Возможно, вы уже сталкивались с этой технологией и прошли через многие связанные теории в Интернете.

Хотя в Интернете может быть полно таких статей, объясняющих концепцию с помощью примеров и видео, читатель по большей части не понимает основного принципа, лежащего в основе технологии, и ее будущих перспектив.

Как работает беспроводная передача электроэнергии

В этой статье мы примерно попытаемся получить представление о том, как происходит или работает беспроводная передача электроэнергии или происходит проводимость, и почему эту идею так сложно реализовать на больших расстояниях.

Самый распространенный и классический пример беспроводной передачи энергии - это наша старая технология радио и телевидения, которая работает, посылая электрические волны (RF) из одной точки в другую без кабелей для предполагаемой передачи данных.

Сложность

Однако недостатком этой технологии является то, что она не может передавать волны с высоким током, так что передаваемая мощность становится значимой и пригодной для использования на принимающей стороне для возбуждения потенциальной электрической нагрузки.

Эта проблема становится сложной, поскольку сопротивление воздуха может составлять миллионы мегаомов и, таким образом, чрезвычайно трудно преодолеть.

Еще одна проблема, которая еще больше усложняет передачу на большие расстояния, - это возможность фокусировки мощности к месту назначения.

Если передаваемому току разрешено рассеиваться под большим углом, приемник-получатель может не получить отправляемую мощность и, возможно, сможет получить только ее часть, что сделает операцию крайне неэффективной.

Тем не менее, передача электричества на короткие расстояния без проводов выглядит намного проще и была успешно реализована многими просто потому, что на короткие расстояния вышеупомянутые ограничения никогда не становятся проблемой.

Для беспроводной передачи энергии на короткие расстояния сопротивление воздуха намного меньше, в диапазоне нескольких 1000 мегом (или даже меньше, в зависимости от уровня близости), и передача становится возможной довольно эффективно с включением сильного тока и высокая частота.

Получение оптимального диапазона

Для достижения оптимальной эффективности по расстоянию до тока частота передачи становится наиболее важным параметром в работе.

Более высокие частоты позволяют более эффективно преодолевать большие расстояния, и, следовательно, это один элемент, которому необходимо следовать при разработке устройства беспроводной передачи энергии.

Еще одним параметром, который облегчает передачу, является уровень напряжения, более высокие напряжения позволяют задействовать меньший ток и сохранять компактность устройства.

Теперь давайте попробуем понять концепцию с помощью простой схемы:

Схема настройки

Список деталей

R1 = 10 Ом
L1 = 9-0-9 витков, то есть 18 витков с центральным отводом с использованием суперэмалированного медного провода 30 SWG.
L2 = 18 витков с использованием суперэмалированного медного провода 30 SWG.
Т1 = 2N2222
D1 ---- D4 = 1N4007
C1 = 100 мкФ / 25 В
3 В = 2 последовательно соединенных элемента AAA 1,5 В

На изображении выше показана простая схема беспроводной передачи энергии, состоящая из каскада передатчика слева и каскада приемника в правой части конструкции.

Обе ступени можно увидеть разделенными значительным воздушным зазором для предполагаемого переключения электроэнергии.

Как это устроено

Каскад передатчика энергии выглядит как схема генератора, образованная через цепь обратной связи через NPN-транзистор и катушку индуктивности.

Да, верно, передатчик действительно представляет собой каскад генератора, который работает по двухтактному принципу для создания пульсирующего высокочастотного тока в соответствующей катушке (L1).

Индуцированный высокочастотный ток вызывает соответствующее количество электромагнитных волн вокруг катушки.

Находясь на высокой частоте, это электромагнитное поле способно разорваться через воздушный зазор вокруг него и достигнуть допустимого расстояния в зависимости от его номинального тока.

Можно увидеть каскад приемника, состоящий только из дополнительной катушки индуктивности L2, очень похожей на L1, единственная роль которой - принимать передаваемые электромагнитные волны и преобразовывать их обратно в разность потенциалов или электричество, хотя и на более низком уровне мощности из-за задействованной передачи. потери по воздуху.

Электромагнитные волны, генерируемые L1, излучаются повсюду, а L2, находящийся где-то на линии, поражается этими электромагнитными волнами. Когда это происходит, электроны внутри проводов L2 вынуждены колебаться с той же скоростью, что и электромагнитные волны, что в конечном итоге приводит к индуцированному электричеству и через L2.

Электричество выпрямляется и фильтруется соответствующим образом подключенным мостовым выпрямителем и конденсатором C1, составляющим эквивалентный выход постоянного тока на показанных выходных клеммах.

На самом деле, если мы внимательно рассмотрим принцип работы беспроводной передачи энергии, мы не обнаружим ничего нового, кроме нашей старой технологии трансформаторов, которую мы обычно используем в наших источниках питания, блоках SMPS и т. Д.

Единственная разница заключается в отсутствии сердечника, который мы обычно находим в наших обычных трансформаторах питания. Ядро помогает максимизировать (сконцентрировать) процесс передачи мощности и внести минимальные потери, что, в свою очередь, в значительной степени увеличивает эффективность.

Выбор сердечника индуктора

Сердечник также позволяет использовать относительно более низкие частоты для технологического процесса, а именно от 50 до 100 Гц для трансформаторов с железным сердечником и в пределах 100 кГц для трансформаторов с ферритовым сердечником.

Однако в предлагаемой нами статье о том, как работает беспроводная передача мощности, поскольку две секции должны быть полностью отделены друг от друга, использование ядра становится невозможным, и система вынуждена работать без комфорта вспомогательного ядра.

Без сердечника становится важным использование относительно более высокой частоты, а также более высокого тока, чтобы передача могла инициироваться, что может напрямую зависеть от расстояния между передающим и приемным каскадами.

Обобщая концепцию

Подводя итог, из приведенного выше обсуждения мы можем предположить, что для реализации оптимальной передачи мощности по воздуху нам необходимо иметь следующие параметры, включенные в проект:

Правильно подобранный коэффициент катушки по отношению к предполагаемой индукции напряжения.

Высокая частота в диапазоне от 200 кГц до 500 кГц или выше для катушки передатчика.

И большой ток для катушки передатчика, в зависимости от того, на какое расстояние необходимо передать излучаемые электромагнитные волны.

Для получения дополнительной информации о том, как работает беспроводная передача, не стесняйтесь комментировать.