طريقة الحث الكهرومغناطيسي في نقل الطاقة اللاسلكية

وتسمى طريقة نقل الطاقة الكهربائية إلى مسافة دون استخدام وسيط موصل النقل اللاسلكي للكهرباء. بحلول عام 2011 ، تم إجراء العديد من التجارب الناجحة في نطاق الموجات الصغرية بسعات تصل إلى عدة عشرات من كيلووات ، في حين كانت الكفاءة حوالي 40 ٪.

حدث هذا لأول مرة في عام 1975 في ولاية كاليفورنيا والمرة الثانية في عام 1997 في جزيرة ريونيون. كانت أطول مسافة حوالي كيلومتر واحد ، وقد أجريت تجربة لدراسة إمكانيات توفير الطاقة في قرية واحدة دون استخدام كابل تقليدي.

من الناحية التكنولوجية ، تتضمن مبادئ نقل الطاقة الكهربائية عبر مسافة ما يلي ، اعتمادًا على مسافة النقل. على مسافات قصيرة في القوى المنخفضة - طرق الحث والرنين ، مثل في العلامات RFID والبطاقات الذكية. على مسافات كبيرة وبقدرات عالية - طريقة الإشعاع الكهرومغناطيسي الاتجاهي في المدى من الأشعة فوق البنفسجية إلى الميكروويف.

دعونا نلقي نظرة فاحصة على طريقة الحث. يعني النقل اللاسلكي للطاقة من خلال الحث الكهرومغناطيسي استخدام المجال الكهرومغناطيسي القريب على مسافات تتناسب مع 17٪ من طول الموجة. خلاصة القول هي أن طاقة الحقل القريب لا تشع في حد ذاتها ، فهناك فقط إشعاعات صغيرة وخسائر مقاومة.

الحث الكهربائي يعمل مثل هذا. عندما يمر تيار كهربائي متناوب خلال اللف الأولي ، يوجد مجال مغناطيسي متناوب حوله ، يعمل في وقت واحد على اللف الثانوي ، مما يحفز متغير EMF ، وبالتالي تيار متناوب.

للحصول على كفاءة أعلى ، يجب أن يكون الوضع النسبي لللفات الأولية والثانوية قريبًا بدرجة كافية. إذا بدأت اللف الثانوي في ظروف تجريبية في الابتعاد عن المرحلة الأولية ، فسيصبح جزء المجال المغناطيسي الذي يصل إلى اللف الثانوي ويتقاطع مع دورانه أصغر.

عندما تتم إزالة الملف الثانوي ، حتى على مسافة صغيرة ، فإن اقتران الحث بين اللفات سيصبح في النهاية صغيرًا جدًا بحيث يتم استهلاك معظم الطاقة التي يرسلها المجال المغناطيسي دون جدوى وبشكل عام دون جدوى.

يتم تقديم نظام مماثل في أبسط أشكاله. في محول كهربائي كلاسيكي. بعد كل شيء ، المحول هو أبسط جهاز لنقل الطاقة اللاسلكية ، حيث أن اللفات الأولية والثانوية غير متصلة كلفانيا مع بعضها البعض. يتم تنفيذ نقل الطاقة من المرحلة الابتدائية إلى المرحلة الثانوية من خلال عملية تسمى الحث المتبادل. وتتمثل المهمة الرئيسية للمحول في زيادة أو تقليل الجهد الكهربائي المقدم للملف الأولي.

في أجهزة الشحن غير الملامسة للمعدات المحمولة ، ولفرش الأسنان الكهربائية وفي مواقد الحث ، يتم تطبيق طرق تحريض ديناميكي كهربائي فقط. العيب في نقل الطاقة بهذه الطريقة هو أن الإجراء الفعال صغير جدًا. لتحقيق الكفاءة المناسبة ، يجب وضع المرسل والمستقبل قريبًا جدًا جدًا من بعضهما البعض ، قريبًا تقريبًا من المبدأ القائل بأنه بإمكانهما التفاعل بفعالية مع بعضهما البعض.

لزيادة كفاءة طريقة الحث ، من المفيد إدخال ظاهرة الرنين الكهربائي في مثل هذا النظام ، مما سيزيد من مسافة الإرسال الفعالة. مع إضافة دائرة تذبذبية إلى دارة الرنانة ، فإنها تعمل إلى حد ما على زيادة مسافة الإرسال الفعالة. لكي يحدث الرنين ، يجب ضبط حلقات الإرسال والاستقبال على نفس التردد المشترك.

يمكن تحسين أداء مثل هذا النظام من خلال تصحيح الشكل الموجي لتيار التحكم ، مما يحيده عن الجيب النسيجي إلى النبضي الانتقالي غير الجيبية.

يتم بعد ذلك نقل الطاقة النبضية في عدة دورات ، ويمكن نقل طاقة كبيرة في ظل هذه الظروف من دائرة LC إلى أخرى ، ومعامل اقتران أقل من دون استخدام دوائر الرنين. لا تتغير أشكال الملفات ، وعلى أي حال فهي حلزونية مسطحة أو ملفات لولبية أحادية الطبقة مع مكثفات متصلة بها ، ضرورية لضبط عنصر الاستقبال على تردد الرنين للمرسل.

تقليديًا ، يتم استخدام الحث الكهروديناميكي الرنان في أجهزة شحن البطاريات اللاسلكية للأجهزة المحمولة ، مثل الهواتف المحمولة والغرسات الطبية ، وكذلك في السيارات الكهربائية. تستخدم أجهزة الشحن المحلية اختيار ملف إرسال محدد من مجموعة من اللفات متعددة الطبقات.

في هذه الحالة ، تعمل ظاهرة الرنين في كل من دائرة لوحة الإرسال للشاحن وفي دائرة الاستقبال بوحدة الشحن المثبتة على جهاز الشحن ، بحيث يتم زيادة كفاءة نقل واستقبال الطاقة. تعتبر تقنية هذا التكوين عالمية ، ويمكن استخدامها لشحن الأدوات الذكية المختلفة المزودة بأجهزة استقبال رنان مناسبة.

تم اعتماد تقنية هذه الخطة كجزء من معيار الشحن اللاسلكي Qi. توفر هذه المواصفة القياسية خيارين لنقل الطاقة: طاقة منخفضة - من 0 إلى 5 واط والطاقة المتوسطة - حتى 10 واط. تم تطوير المعيار بعد عام 2008 من قبل اتحاد الطاقة اللاسلكية (WPC) لنقل الطاقة التعريفي حتى 4 سم.

تتضمن المعدات التي تدعم Qi جهاز إرسال مع ملف مسطح (يقع خلف اللوحة) ، ومتصل بمصدر طاقة ثابت ، وجهاز استقبال متوافق مثبت داخل جهاز الشحن (أيضًا في شكل ملف مسطح). Pعند استخدام الشاحن ، يتم وضع الجهاز المتصل على لوحة الإرسال. في هذه الحالة ، ينطبق مبدأ الحث الكهرومغناطيسي بين هذين الملفين المسطحين ، كما في المحول.

يستخدم Qi اليوم في بعض الأجهزة: Apple و Asus و HTC و Huawei و LG Electronics و Motorola Mobility و Nokia و Samsung و Xiaomi و Sony و Yota Devices. الهدف من الاتحاد هو إنشاء معيار واحد لتقنية الشحن التعريفي لجعل أجهزة الشحن اللاسلكية سمة مألوفة للأماكن العامة ، مثل المقاهي والمطارات والساحات الرياضية ، إلخ.

يستخدم الحث الكهروديناميكي مع الرنين أيضًا لإمداد الطاقة اللاسلكي المباشر للأجهزة التي لا تحتوي على بطاريات في الداخل. وتشمل هذه العلامات RFID والبطاقات الذكية تماس. ينطبق مبدأ مماثل لنقل الطاقة الكهربائية. في تسلا المحولات - من الدائرة الأولية - المحث - إلى المرنان الموجود بداخلها. يعمل محول Tesla نفسه ، بدوره ، كجهاز إرسال طاقة لاسلكي ، فقط كهروستاتيكي أكثر من الكهرومغناطيسي.