Hur trådlös kraftöverföring fungerar

Trådlös kraftöverföring är en process där elektrisk energi överförs från ett system till ett annat system genom elektromagnetiska vågor utan att använda ledningar eller någon fysisk kontakt.

I det här inlägget diskuterar vi hur trådlös kraftöverföring fungerar eller överföring av elektricitet genom luft utan att använda ledningar.

Du kanske redan har stött på den här tekniken och kanske har gått igenom många relaterade teorier på internet.

Även om Internet kan vara fullt av sådana artiklar som förklarar konceptet med exempel och videor, förstår läsaren mestadels kärnprincipen som styr tekniken och dess framtidsutsikter.

Hur trådlös elöverföring fungerar

I den här artikeln ska vi grovt försöka få en uppfattning om hur en trådlös elöverföring sker eller fungerar eller ledning sker och varför idén är så svår att implementera över stora avstånd.

Det vanligaste och mest klassiska exemplet på trådlös kraftöverföring är vår gamla radio- och TV-teknik som fungerar genom att skicka elektriska vågor (RF) från en punkt till en annan utan kablar för den avsedda dataöverföringen.

Svårigheten

Nackdelen bakom denna teknik är dock att den inte kan överföra vågorna med hög ström så att den överförda effekten blir meningsfull och användbar på mottagarsidan för att driva en potentiell elektrisk belastning.

Detta problem blir svårt eftersom luftmotståndet kan ligga i miljontals mega-ohm och därmed extremt svårt att skära igenom.

Ett annat besvär som gör fjärröverföringen ännu svårare är att fokusera på genomförbarheten för makten till destinationen.

Om den sända strömmen tillåts att spridas över vidvinkel kanske målmottagaren inte kan ta emot den sända effekten och kan möjligen bara få en bråkdel av den, vilket gör operationen extremt ineffektiv.

Överföring av elektricitet över korta sträckor utan ledningar ser dock mycket lättare ut och har genomförts framgångsrikt av många, helt enkelt för att de korta avstånden ovan diskuterade begränsningar aldrig blir ett problem.

För kort trådlös kraftöverföring är luftmotståndet mycket mindre, inom ett område på några 1000 meg ohm (eller till och med mindre beroende på närhetsnivå), och överföringen blir möjlig ganska effektivt med införlivande av hög ström och hög frekvens.

Förvärva optimalt intervall

För att erhålla en optimal effektivitet från avstånd till ström blir överföringsfrekvensen den viktigaste parametern i operationen.

Högre frekvenser gör det möjligt att täcka större avstånd mer effektivt, och därför är detta ett element som måste följas när man utformar en trådlös kraftöverföringsapparat.

En annan parameter som underlättar överföringen är spänningsnivån, högre spänningar möjliggör lägre ström och för att hålla enheten kompakt.

Låt oss nu försöka förstå konceptet genom en enkel kretsuppsättning:

Kretsuppsättningen

Dellista

R1 = 10 ohm
L1 = 9-0-9 varv, det vill säga 18 varv med en mittkran med en 30 SWG super emaljerad koppartråd.
L2 = 18 varv med 30 SWG super emaljerad koppartråd.
T1 = 2N2222
D1 ---- D4 = 1N4007
C1 = 100uF / 25V
3V = 2 AAA 1,5V-celler i serie

Bilden ovan visar en rak trådlös kraftöverföringskrets som består av sändarsteget till vänster och mottagarsteget på höger sida av designen.

Båda stegen kan ses åtskilda med ett betydande luftspalt för den avsedda förskjutningen av el.

Hur det fungerar

Kraftöverföringssteget ser ut som en oscillatorkrets gjord genom en återkopplingsnätkrets över en NPN-transistor och en induktor.

Ja det stämmer, sändaren är verkligen ett oscillatorsteg som fungerar på ett push-pull-sätt för att inducera en pulserande högfrekvent ström i tillhörande spole (L1).

Den inducerade högfrekventa strömmen utvecklar en motsvarande mängd elektromagnetiska vågor runt spolen.

Eftersom det är en hög frekvens kan detta elektromagnetiska fält riva sönder genom luftspalten runt det och nå ut till ett avstånd som är tillåtet beroende på dess nuvarande betyg.

Mottagarsteget kan ses bestående av endast en kompletterande induktor L2 som är ganska lik L1, som har den enda rollen att acceptera de sända elektromagnetiska vågorna och konvertera den tillbaka till en potentialskillnad eller elektricitet om än på en lägre effektnivå på grund av den inblandade överföringen. förluster genom luften.

De elektromagnetiska vågorna som genereras från L1 strålas ut runt omkring och L2 som är någonstans i linjen träffas av dessa EM-vågor. När detta händer tvingas elektronerna inuti L2-trådarna att svänga i samma takt som EM-vågorna, vilket slutligen resulterar i en inducerad elektricitet över L2 också.

Elen korrigeras och filtreras på lämpligt sätt av den anslutna brygglikriktaren och C1 som utgör en ekvivalent DC-utgång över de visade utgångsterminalerna.

Egentligen, om vi noggrant ser arbetsprincipen för trådlös kraftöverföring finner vi att det inte är något nytt än vår åldriga transformatorteknik som vi vanligtvis använder i våra strömförsörjningar, SMPS-enheter etc.

Den enda skillnaden är frånvaron av kärnan som vi normalt hittar i våra vanliga strömförsörjningstransformatorer. Kärnan hjälper till att maximera (koncentrera) kraftöverföringsprocessen och införa minimiförluster vilket i sin tur ökar effektiviteten till stor del

Val av induktorkärna

Kärnan tillåter också användning av relativt lägre frekvenser för processen, för att vara exakt omkring 50 till 100 Hz för järnkärntransformatorer medan inom 100 kHz för ferritkärntransformatorer.

Men i vår föreslagna artikel om hur trådlös kraftöverföring fungerar, eftersom de två sektionerna måste vara helt avskilda från varandra blir användningen av en kärna utesluten och systemet tvingas att arbeta utan komforten från en hjälpkärna.

Utan en kärna blir det väsentligt att en relativt högre frekvens och även högre ström används så att överföringen kan initieras, vilket kan vara direkt beroende av avståndet mellan sändnings- och mottagningsstegen.

Sammanfattar konceptet

För att sammanfatta, från ovanstående diskussion kan vi anta att för att genomföra en optimal kraftöverföring genom luft måste vi ha följande parametrar inkluderade i konstruktionen:

Ett korrekt matchat spolförhållande med avseende på den avsedda spänningsinduktionen.

En hög frekvens i storleksordningen 200kHz till 500kHz eller högre för sändarspolen.

Och en hög ström för sändarspolen, beroende på hur mycket avstånd de utstrålade elektromagnetiska vågorna måste överföras.

För mer information om hur trådlös överföring fungerar är du välkommen att kommentera.