Hvordan fungerer trådløs kraftoverføring

Trådløs kraftoverføring er en prosess der elektrisk energi overføres fra ett system til et annet system gjennom elektromagnetiske bølger uten bruk av ledninger eller fysisk kontakt.

I dette innlegget diskuterer vi hvordan trådløs kraftoverføring fungerer eller overføring av strøm gjennom luft uten å bruke ledninger.

Du har kanskje allerede kommet over denne teknologien og kanskje har gått gjennom mange relaterte teorier på internett.

Selv om Internett kan være fullt av slike artikler som forklarer konseptet med eksempler og videoer, klarer ikke leseren å forstå kjerneprinsippet som styrer teknologien, og dens fremtidsutsikter.

Hvordan fungerer trådløs overføring av elektrisitet

I denne artikkelen vil vi grovt forsøke å få en idé om hvordan en trådløs strømoverføring skjer eller fungerer eller ledning foregår, og hvorfor ideen er så vanskelig å implementere over store avstander.

Det vanligste og klassiske eksemplet på trådløs kraftoverføring er vår gamle radio- og TV-teknologi som fungerer ved å sende elektriske bølger (RF) fra det ene punktet til det andre uten kabler, for den tiltenkte dataoverføringen.

Vanskeligheten

Ulempen bak denne teknologien er imidlertid at den ikke klarer å overføre bølgene med høy strøm slik at den overførte kraften blir meningsfull og brukbar på mottakersiden for å kjøre en potensiell elektrisk belastning.

Dette problemet blir vanskelig siden luftmotstanden kan være i området millioner av mega ohm og dermed ekstremt vanskelig å kutte gjennom.

Et annet problem som gjør langdistanseoverføringen enda vanskeligere, er fokusering av muligheten til kraften til destinasjonen.

Hvis den overførte strømmen får lov til å spre seg i vidvinkel, kan det hende at målmottakeren ikke kan motta den sendte kraften, og muligens bare få en brøkdel av den, noe som gjør operasjonen ekstremt ineffektiv.

Overføring av elektrisitet over korte avstander uten ledninger ser imidlertid mye lettere ut og har blitt implementert av mange, rett og slett fordi de nevnte begrensningene over korte avstander aldri blir et problem.

For en kortdistanse trådløs kraftoverføring er luftmotstanden mye mindre, innen et område på noen få 1000 meg ohm (eller enda mindre avhengig av nærhetsnivået), og overføringen blir mulig ganske effektivt med inkorporering av høy strøm og høy frekvens.

Å skaffe seg optimal rekkevidde

For å oppnå en optimal avstand til strømeffektivitet blir overføringsfrekvensen den viktigste parameteren i operasjonen.

Høyere frekvenser gjør det mulig å dekke større avstander mer effektivt, og derfor er dette et element som må følges mens du utvikler et trådløst kraftoverføringsapparat.

En annen parameter som hjelper overføringen lettere er spenningsnivået, høyere spenninger tillater involvering av lavere strøm, og for å holde enheten kompakt.

La oss nå prøve å forstå konseptet gjennom en enkel kretsoppsett:

Kretsoppsettet

Deleliste

R1 = 10 ohm
L1 = 9-0-9 svinger, det vil si 18 omdreininger med en midtkran ved bruk av en 30 SWG superemalert kobbertråd.
L2 = 18 svinger ved hjelp av 30 SWG superemalert kobbertråd.
T1 = 2N2222
D1 ---- D4 = 1N4007
C1 = 100uF / 25V
3V = 2 AAA 1,5V celler i serie

Bildet over viser en enkel trådløs strømoverføringskrets som består av sendertrinnet til venstre og mottakertrinnet på høyre side av designet.

Begge trinnene kan sees adskilt med et betydelig luftspalte for den tiltenkte skiftingen av elektrisitet.

Hvordan det fungerer

Strømtransmittertrinnet ser ut som en oscillatorkrets laget gjennom en tilbakemeldingsnettkrets over en NPN-transistor og en induktor.

Ja, det er riktig, senderen er faktisk et oscillatortrinn som fungerer på en push-pull måte for å indusere en pulserende høyfrekvent strøm i den tilhørende spolen (L1).

Den induserte høyfrekvente strømmen utvikler en tilsvarende mengde elektromagnetiske bølger rundt spolen.

Ved å være på en høy frekvens er dette elektromagnetiske feltet i stand til å rive fra hverandre gjennom luftspalten rundt det og nå ut til en avstand som er tillatt, avhengig av dets nåværende vurdering.

Mottakertrinnet kan sees bestående av bare en komplementerende induktor L2 ganske lik L1, som har den eneste rollen å akseptere de overførte elektromagnetiske bølgene og konvertere den tilbake til en potensiell forskjell eller elektrisitet, om enn på et lavere effektnivå på grunn av den involverte overføringen. tap gjennom luften.

De elektromagnetiske bølgene som genereres fra L1, utstråles rundt omkring, og L2 som er et sted i linjen blir rammet av disse EM-bølgene. Når dette skjer, blir elektronene inne i L2-ledningene tvunget til å svinge i samme hastighet som EM-bølgene, noe som til slutt også resulterer i en indusert elektrisitet over L2.

Elektrisiteten korrigeres og filtreres hensiktsmessig av den tilkoblede bro-likeretteren og C1 som utgjør en ekvivalent DC-utgang over de viste utgangsterminalene.

Faktisk, hvis vi nøye ser arbeidsprinsippet for trådløs strømoverføring, finner vi at det ikke er noe nytt, men vår eldgamle transformatorteknologi som vi vanligvis bruker i våre strømforsyninger, SMPS-enheter etc.

Den eneste forskjellen er fraværet av kjernen som vi vanligvis finner i våre vanlige strømforsyningstransformatorer. Kjernen hjelper til med å maksimere (konsentrere) kraftoverføringsprosessen, og introdusere minimale tap som igjen øker effektiviteten i stor grad

Valg av induktorkjerne

Kjernen tillater også bruk av relativt lave frekvenser for prosessen, for å være presis rundt 50 til 100 Hz for jernkjernetransformatorer mens innen 100 kHz for ferrittkjerne-transformatorer.

Imidlertid i vår foreslåtte artikkel angående hvordan trådløs kraftoverføring fungerer, siden de to seksjonene må være helt avsides fra hverandre, blir bruken av en kjerne utelukket, og systemet er tvunget til å fungere uten komforten til en hjelpekjerne.

Uten en kjerne blir det viktig at det brukes en relativt høyere frekvens og også høyere strøm slik at overføringen er i stand til å starte, noe som kan være direkte avhengig av avstanden mellom det sendende og det mottakende trinnet.

Oppsummering av konseptet

For å oppsummere, fra diskusjonen ovenfor kan vi anta at for å implementere en optimal kraftoverføring gjennom luft, må vi ha følgende parametere inkludert i designet:

Et riktig matchet spoleforhold med hensyn til den tiltenkte spenningsinduksjonen.

En høy frekvens i størrelsesorden 200 til 500 kHz eller høyere for senderspolen.

Og en høy strøm for senderspolen, avhengig av hvor stor avstand de utstrålte elektromagnetiske bølgene må overføres.

For mer informasjon om hvordan trådløs overføring fungerer, er du velkommen til å kommentere.