Método de inducción electromagnética en la transferencia inalámbrica de energía.

Un método para transmitir energía eléctrica a una distancia sin usar un medio conductor se llama transmisión inalámbrica de electricidad. Para 2011, se llevaron a cabo varios experimentos exitosos en el rango de microondas con capacidades de varias decenas de kilovatios, mientras que la eficiencia fue de alrededor del 40%.

Esto sucedió primero en 1975 en California y la segunda vez en 1997 en la Isla Reunión. La distancia más larga fue de aproximadamente un kilómetro, se realizó un experimento para estudiar las posibilidades de ahorro de energía de una aldea sin usar un cable tradicional.

Tecnológicamente, los principios de transmisión de energía eléctrica a distancia incluyen, dependiendo de la distancia de transmisión, lo siguiente. A distancias cortas a bajas potencias: métodos de inducción y resonancia, como en etiquetas RFID y tarjetas inteligentes. A grandes distancias y a altas potencias: el método de radiación electromagnética direccional en el rango de UV a microondas.

Echemos un vistazo más de cerca al método de inducción. La transmisión inalámbrica de energía a través de la inducción electromagnética implica el uso del campo electromagnético cercano a distancias proporcionales al 17% de la longitud de onda. La conclusión es que la energía del campo cercano no se irradia en sí misma, solo hay pequeñas radiaciones y pérdidas resistivas.

La inducción electrodinámica funciona así. Cuando una corriente eléctrica alterna pasa a través del devanado primario, hay un campo magnético alterno a su alrededor, que actúa simultáneamente en el devanado secundario, induciendo un EMF variable y, en consecuencia, corriente alterna.

Para obtener una mayor eficiencia, la posición relativa de los devanados primario y secundario debe estar lo suficientemente cerca. Si, en condiciones experimentales, el devanado secundario comienza a alejarse del primario, entonces la parte del campo magnético que alcanza el devanado secundario y cruza sus giros se hará más pequeña.

A medida que se retira el devanado secundario, incluso a una pequeña distancia, el acoplamiento de inducción entre los devanados eventualmente se volverá tan pequeño que la mayor parte de la energía transmitida por el campo magnético se consumirá de manera extremadamente ineficiente y generalmente en vano.

Un sistema similar se presenta en su forma más simple. en un transformador eléctrico clásico. Después de todo, un transformador es el dispositivo más simple para la transmisión inalámbrica de energía, ya que sus devanados primario y secundario no están conectados galvánicamente entre sí. La transferencia de energía de la primaria a la secundaria se implementa a través de un proceso llamado inducción mutua. La función principal del transformador es aumentar o disminuir el voltaje suministrado al devanado primario.

En los cargadores sin contacto para equipos móviles, para cepillos de dientes eléctricos y en placas de inducción, solo se implementan métodos de inducción electrodinámica. La desventaja de transferir energía de esta manera es que la acción efectiva es muy pequeña. Para lograr la eficiencia adecuada, el transmisor y el receptor deben colocarse muy, muy cerca uno del otro, casi cerca del principio de que pueden interactuar efectivamente entre sí.

Para aumentar la eficiencia del método de inducción, es útil introducir el fenómeno de la resonancia eléctrica en dicho sistema, lo que aumentará la distancia efectiva de transmisión. Con la adición de un circuito oscilatorio al circuito resonante, por su acción aumenta en cierta medida la distancia de transmisión efectiva. Para que se produzca resonancia, los bucles del transmisor y el receptor deben sintonizarse a la misma frecuencia común.

El rendimiento de un sistema de este tipo puede mejorarse aún más corrigiendo la forma de onda de la corriente de control, desviándola de una pulsada sinusoidal a una transitoria no sinusoidal.

La transferencia de energía de pulso se lleva a cabo en varios ciclos, y se puede transferir una potencia significativa en tales condiciones de un circuito LC a otro, y con un coeficiente de acoplamiento más bajo que sin usar circuitos resonantes. Las formas de las bobinas no cambian, y en cualquier caso son espirales planas o solenoides de una sola capa con condensadores conectados a ellas, necesarios para sintonizar el elemento receptor a la frecuencia de resonancia del transmisor.

Tradicionalmente, la inducción electrodinámica resonante se usa en cargadores inalámbricos de baterías de dispositivos móviles, como teléfonos celulares e implantes médicos, así como en vehículos eléctricos. Los dispositivos de carga localizados utilizan la selección de una bobina transmisora ​​específica de un conjunto de devanados de múltiples capas.

En este caso, el fenómeno de resonancia funciona tanto en el circuito del panel del transmisor del cargador como en el circuito del receptor del módulo de carga instalado en el dispositivo de carga, de modo que se maximiza la eficiencia de la transmisión y la recepción de energía. La tecnología de esta configuración es universal y se puede utilizar para cargar de forma inalámbrica varios dispositivos equipados con receptores resonantes apropiados.

La técnica de este plan se adopta como parte del estándar de carga inalámbrica Qi. Este estándar proporciona dos opciones para la transferencia de energía: baja potencia, de 0 a 5 vatios y potencia media, hasta 10 vatios. El estándar fue desarrollado después de 2008 por el Wireless Power Consortium (WPC) para la transferencia de energía por inducción de hasta 4 cm.

El equipo con soporte Qi incluye un transmisor con una bobina plana (se encuentra detrás de la placa) conectada a una fuente de alimentación estacionaria, y un receptor compatible que se instala dentro del dispositivo de carga (también en forma de bobina plana). PAl usar el cargador, el dispositivo conectado se coloca en la placa del transmisor. En este caso, se aplica el principio de inducción electromagnética entre estas dos bobinas planas, como en un transformador.

Qi se usa hoy en algunos dispositivos: dispositivos Apple, Asus, HTC, Huawei, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, Xiaomi, Sony, Yota. El objetivo del consorcio es crear un estándar único para la tecnología de carga por inducción para que los cargadores inalámbricos sean un atributo familiar de lugares públicos, como cafeterías, aeropuertos, estadios deportivos, etc.

La inducción electrodinámica de resonancia también se usa para alimentar directamente de forma inalámbrica dispositivos que no tienen baterías en su interior. Estos incluyen etiquetas RFID y tarjetas inteligentes sin contacto. Un principio similar para la transferencia de energía eléctrica es válido. en transformador Tesla - desde el circuito primario, el inductor, hasta el resonador ubicado en su interior. El transformador Tesla en sí mismo, a su vez, también sirve como transmisor de energía inalámbrico, solo que más electrostático que electromagnético.