Elektromágneses indukció módszere a vezeték nélküli energiaátvitelben

Az elektromos energia távolságra történő továbbítását vezetőképes közeg használata nélkül nevezik a villamos energia vezeték nélküli továbbításának. 2011-re több sikeres kísérletet hajtottak végre a mikrohullámú tartományban több tíz kilovatt kapacitással, miközben a hatékonyság körülbelül 40% volt.

Ez először 1975-ben Kaliforniában, másodszor pedig 1997-ben történt a Reunion-szigeten. A leghosszabb távolság kb. 1 kilométer volt. Kísérletet végeztünk egy falu energiamegtakarítási lehetőségeinek tanulmányozása nélkül, hagyományos kábel használata nélkül.

Technikai szempontból az elektromos energia távoli átvitelének alapelvei az átviteli távolságtól függően a következőket tartalmazzák. Rövid távolságra, kis teljesítmény mellett - indukciós és rezonancia módszerek, például az RFID-címkékben és intelligens kártyák. Nagy távolságokon és nagy teljesítményen - az irány az elektromágneses sugárzásra az UV és a mikrohullám közötti tartományban.

Vessen egy pillantást az indukciós módszerre. Az energia vezeték nélküli továbbítása elektromágneses indukcióval a közeli elektromágneses mező használatát jelenti a hullámhossz 17% -ával arányos távolságra. A lényeg az, hogy a közeli mező energiája önmagában nem sugárzik, csak kis sugárzási és ellenállási veszteségek vannak.

Az elektrodinamikai indukció így működik. Amikor váltakozó elektromos áram halad át az elsődleges tekercsen, váltakozó mágneses mező van körülötte, amely egyidejűleg hat a másodlagos tekercsre, indukálva egy változó EMF-t és ennek megfelelően váltakozó áramot.

A nagyobb hatékonyság elérése érdekében a primer és a másodlagos tekercsek relatív helyzetének elég közel kell lennie. Ha kísérleti körülmények között a szekunder tekercs elmozdul a primertől, akkor a mágneses mezőnek a másodlagos tekercset elérő és a fordulatait áthaladó része kisebb lesz.

Amint a másodlagos tekercset eltávolítják, még kis távolságra is, a tekercsek közötti indukciós kapcsolószerkezet végül annyira kicsi lesz, hogy a mágneses mező által továbbított energia nagy részét rendkívül hatékonyan és általában hiába veszik igénybe.

Hasonló rendszert mutatunk le legegyszerűbb formájában. egy klasszikus elektromos transzformátorban. Végül is a transzformátor a legegyszerűbb eszköz a vezeték nélküli energiaátvitelhez, mivel az elsődleges és a másodlagos tekercsek nem galvanikusan kapcsolódnak egymáshoz. Az energia továbbítása az elsődlegesből a másodlagosba ebben a kölcsönös indukciónak nevezett folyamat révén valósul meg. A transzformátor fő funkciója az elsődleges tekercshez szolgáltatott feszültség növelése vagy csökkentése.

A mobil eszközök érintkezés nélküli töltőiben, az elektromos fogkefékben és az indukciós főzőlapokban csak az elektrodinamikai indukció módszereit hajtják végre. Az energia ilyen módon történő továbbításának hátránya, hogy a hatékony cselekvés nagyon csekély. A megfelelő hatékonyság elérése érdekében az adót és a vevőt nagyon-nagyon közel kell elhelyezni egymáshoz, szinte közel ahhoz az elvhez, hogy hatékonyan tudják kölcsönhatásba lépni egymással.

Az indukciós módszer hatékonyságának növelése érdekében célszerű bevezetni az elektromos rezonancia jelenségét egy ilyen rendszerbe, amely növeli a tényleges átviteli távolságot. Az oszcilláló áramkörnek a rezonancia áramkörhöz történő hozzáadásával bizonyos mértékben megnöveli a tényleges átviteli távolságot. A rezonancia kialakulásához az adó és a vevő hurkokat ugyanarra a közös frekvenciára kell hangolni.

Egy ilyen rendszer teljesítményét tovább lehet javítani a vezérlőáram hullámformájának korrigálásával, eltérve annak szinuszos és egy átmeneti, nem szinuszos, impulzusos hullámtól.

Az impulzusenergia-átadást ezután több ciklusban hajtják végre, és a jelentős teljesítményt ilyen körülmények között az egyik LC-áramkörről a másikra lehet átvinni alacsonyabb kapcsolási együtthatóval, mint rezonanciaáramkörök használata nélkül. A tekercsek alakja nem változik, és mindenképpen lapos spirálok vagy egyrétegű mágnesszelepek, amelyekhez csatlakoztatott kondenzátorok vannak, és amelyek szükségesek a vevőelemnek az adó rezonancia frekvenciájához történő beállításához.

Hagyományosan, a rezonáns elektrodinamikai indukciót használják a mobil eszközök vezeték nélküli akkumulátortöltőiben, mint például a mobiltelefonok és az orvosi implantátumok, valamint az elektromos járművekben. A lokalizált töltőberendezések egy adott adó-tekercs kiválasztását használják a többrétegű tekercsek készletéből.

Ebben az esetben a rezonancia-jelenség mind a töltő adóegységének áramkörében, mind a töltőkészülékre felszerelt töltőmodul vevőkörében működik, így maximalizálva az energiaátvitel és -fogadás hatékonyságát. Ennek a konfigurációnak a technológiája univerzális, és felhasználható különféle eszközök megfelelő vezeték nélküli vevőkészülékkel történő töltésére.

A terv technikáját a Qi vezeték nélküli töltési szabvány részeként fogadták el. Ez a szabvány kétféle lehetőséget kínál az energiaátvitelre: alacsony teljesítmény - 0 - 5 watt és közepes teljesítmény - - 10 watt. A szabványt 2008 után fejlesztette ki a Wireless Power Consortium (WPC) az energia indukciós átvitelére 4 cm-ig.

A Qi támogatással felszerelt berendezések tartalmaznak egy sík tekercssel ellátott távadót (amely a lemez mögött helyezkedik el), rögzített áramforráshoz csatlakoztatják, és egy kompatibilis vevőkészüléket, amelyet a töltőberendezésbe szerelnek be (szintén lapos tekercs formájában). PA töltő használatakor a csatlakoztatott eszközt az adólemezre helyezik. Ebben az esetben a két lapos tekercs között az elektromágneses indukció elve érvényes, mint a transzformátor esetében.

A Qi-t manapság használják bizonyos eszközökön: Apple, Asus, HTC, Huawei, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, Xiaomi, Sony, Yota Devices. A konzorcium célja az indukciós töltési technológiára vonatkozó egységes szabvány létrehozása, hogy a vezeték nélküli töltőkészülékek közismert helyek, például kávézók, repülőterek, sportarénák stb. Ismerős tulajdonságaivá váljanak.

A rezonancia-elektrodinamikai indukciót olyan eszközök vezeték nélküli vezetésére is használják, amelyekben nincs elem. Ide tartoznak az RFID-címkék és az érintés nélküli intelligens kártyák. Hasonló elv vonatkozik az elektromos energia átadására. a Tesla transzformátorban - az elsődleges áramkörről - az induktorról - a benne található rezonátorra. Maga a Tesla transzformátor vezeték nélküli energia-adóként is szolgál, csak elektrosztatikusabb, mint elektromágneses.