Hogyan működik a vezeték nélküli áramátvitel

A vezeték nélküli áramátadás olyan folyamat, amelynek során az elektromos energiát elektromágneses hullámokon keresztül továbbítják az egyik rendszerből a másikba vezetékek vagy bármilyen fizikai érintkezés nélkül.

Ebben a bejegyzésben megvitatjuk, hogyan működik a vezeték nélküli energiaátvitel, vagy a villamos energia levegőn történő továbbítása vezeték nélkül

Lehet, hogy már találkozott ezzel a technológiával, és sokakon keresztülment kapcsolódó elméletek az interneten.

Bár az Internet tele lehet ilyen cikkekkel, amelyek példákkal és videókkal magyarázzák a koncepciót, az olvasó többnyire nem érti a technológiát irányító alapelvet és annak jövőbeli kilátásait.

Hogyan működik a vezeték nélküli villamosenergia-átvitel

Ebben a cikkben nagyjából megpróbálunk képet alkotni arról, hogy a vezeték nélküli villamosenergia-átvitel hogyan történik, illetve működik, illetve hogyan történik a vezetés, és miért olyan nehéz megvalósítani az ötletet nagy távolságokon.

A vezeték nélküli energiaátvitel leggyakoribb és klasszikus példája a régi rádió- és TV-technológiánk, amely úgy működik, hogy elektromos hullámokat (RF) küld a kábelek nélkül egyik pontból a másikba a tervezett adatátvitel érdekében.

Nehézség

Ennek a technológiának a hátránya azonban az, hogy nem képes nagy hullámmal átvinni a hullámokat úgy, hogy az átvitt teljesítmény értelmessé és használhatóvá váljon a vevő oldalon potenciális elektromos terhelés meghajtására.

Ez a probléma megnehezül, mivel a levegő ellenállása millió mega Ohm tartományban lehet, és így rendkívül nehéz áttörni.

Egy másik gond, amely a távolsági transzfert még nehezebbé teszi, az energia fókuszálhatósága a rendeltetési helyre.

Ha hagyjuk, hogy az átvitt áram széles szögben szétszéledjen, akkor a célvevő nem biztos, hogy képes fogadni az elküldött energiát, és ennek csak a töredékét tudja megszerezni, ami rendkívül hatékonnyá teszi a műveletet.

Azonban a villamos energia rövid vezetékek nélküli továbbítása vezeték nélkül sokkal egyszerűbbnek tűnik, és sokan sikeresen megvalósították, egyszerűen azért, mert rövid távolságokra a fent tárgyalt korlátozások soha nem válnak kérdéssé.

Rövid távolságú vezeték nélküli áramátvitelnél a tapasztalt légellenállás sokkal kisebb, néhány 1000 mega ohmos tartományban van (vagy a közelségi szinttől függően még kisebb is), és az átvitel meglehetősen hatékonyan válik megvalósíthatóvá nagy áram és magas frekvencia.

Optimális tartomány megszerzése

Az áramtól való optimális hatékonyság elérése érdekében az átvitel frekvenciája válik a művelet legfontosabb paraméterévé.

A magasabb frekvenciák lehetővé teszik a nagyobb távolságok hatékonyabb megtételét, ezért ezt az egyik elemet be kell tartani, miközben vezeték nélküli áramátadó készüléket tervezünk.

Egy másik paraméter, amely megkönnyíti az átvitelt, a feszültségszint, a magasabb feszültségek lehetővé teszik az alacsonyabb áram bevonását és a készülék kompakt állapotát.

Most próbáljuk megragadni a koncepciót egy egyszerű áramkör segítségével:

Az áramkör beállítása

Alkatrész lista

R1 = 10 ohm
L1 = 9-0-9 fordulat, azaz 18 fordulat egy középcsapolással 30 SWG szuperzománcozott rézhuzal segítségével.
L2 = 18 fordulat 30 SWG szuperzománcozott rézhuzallal.
T1 = 2N2222
D1 ---- D4 = 1N4007
C1 = 100uF / 25V
3 V = 2 AAA 1,5 V sejt sorozatban

A fenti kép egy egyszerű vezeték nélküli áramátviteli áramkört mutat, amely az adó bal és a vevő fokozat jobb oldalán áll.

Mindkét szakasz látható külön elválasztva, jelentős légréssel a tervezett villamosenergia-váltáshoz.

Hogyan működik

Az erőátviteli fokozat úgy néz ki, mint egy oszcillátor áramkör, amelyet egy visszacsatoló hálózati áramkörön keresztül hoztak létre egy NPN tranzisztoron és egy induktoron keresztül.

Igen, így van, az adó valóban egy oszcillátor fokozat, amely push-pull módon működik a pulzáló nagyfrekvenciás áram indukálásához a kapcsolódó tekercsben (L1).

Az indukált nagyfrekvenciás áram megfelelő mennyiségű elektromágneses hullámot fejleszt ki a tekercs körül.

Mivel ez az elektromágneses mező nagy frekvencián áll, képes szétszakadni a körülötte lévő légrésen, és elérni az aktuális besorolásától függően megengedett távolságot.

A vevőkészülék csak egy, az L1-hez nagyon hasonló komplementer L2 induktivitásból áll, amelynek egyetlen feladata az átvitt elektromágneses hullámok elfogadása és visszafordítása potenciálkülönbséggé vagy villamos energiává, bár alacsonyabb teljesítményszint mellett, az érintett átvitel miatt levegőn keresztüli veszteségek.

Az L1-ből generált elektromágneses hullámok körbe sugárzódnak, és az L2-et valahol a vonalban találják ezek az EM-hullámok. Amikor ez megtörténik, az L2 vezetékekben lévő elektronok ugyanolyan sebességgel kénytelenek oszcillálni, mint az EM hullámok, ami végül indukált elektromosságot eredményez az L2-en is.

A villamos energiát a csatlakoztatott híd-egyenirányító és a C1 egyenértékű kimenetet képező egyenértékű kimenetet képez a bemutatott kimeneti kapcsokon.

Valójában, ha alaposan átlátjuk a vezeték nélküli áramátadás működési elvét, akkor nem újdonságot találunk, hanem a régi korú transzformátor technológiát, amelyet általában tápegységeinkben, SMPS egységeinkben stb.

Az egyetlen különbség a mag hiánya, amelyet általában a szokásos táptranszformátorokban találunk. A mag segít maximalizálni (koncentrálni) az energiaátviteli folyamatot, és minimális veszteségeket vezet be, ami viszont nagymértékben növeli a hatékonyságot

Induktív mag kiválasztása

A mag lehetővé teszi a viszonylag alacsonyabb frekvenciák használatát a folyamatban, pontosabban 50–100 Hz körül a vasmagú transzformátorok esetében, míg a ferritmagtranszformátorok esetében 100 kHz-en belül.

A vezeték nélküli áramátadás működéséről szóló javasolt cikkünkben azonban, mivel a két szakasznak teljesen távol kell lennie egymástól, a mag használata kérdésessé válik, és a rendszer kénytelen működni a segítő mag kényelme nélkül.

Mag nélkül elengedhetetlenné válik, hogy egy viszonylag nagyobb frekvenciát és egyben nagyobb áramot alkalmazzunk annak érdekében, hogy az átvitel elindulhasson, amely közvetlenül függhet az adó és a vevő szakasz közötti távolságtól.

Összefoglalva a koncepciót

Összefoglalva, a fenti vita alapján feltételezhetjük, hogy az optimális levegőn keresztüli energiaátadás megvalósításához a következő paramétereket kell beépítenünk a tervezésbe:

Helyesen illesztett tekercsarány a tervezett feszültségindukcióhoz képest.

Magas frekvencia 200 kHz-től 500 kHz-ig vagy annál nagyobb az adótekercs számára.

És nagy áram az adótekercs számára, attól függően, hogy a kisugárzott elektromágneses hullámokat mekkora távolságra kell átvinni.

Ha további információt szeretne a vezeték nélküli átvitel működéséről, kérjük, tegyen megjegyzést.