Elektromagnetinės indukcijos metodas perduodant energiją belaidžiu būdu

Elektros energijos perdavimo atstumu metodas nenaudojant laidžios terpės vadinamas belaidžiu elektros energijos perdavimu. Iki 2011 m. Buvo atlikti keli sėkmingi eksperimentai mikrobangų krosnelėje su kelių dešimčių kilovatų talpa, o efektyvumas buvo apie 40%.

Pirmą kartą tai įvyko 1975 m. Kalifornijoje, o antrą kartą - 1997 m. Reuniono saloje. Ilgiausias atstumas buvo maždaug vienas kilometras, buvo atliktas eksperimentas, kurio metu buvo tiriamos vieno kaimo energijos taupymo galimybės nenaudojant tradicinio kabelio.

Technologiškai elektros energijos perdavimo per atstumą principai, atsižvelgiant į perdavimo atstumą, apima šiuos principus. Nedideliais atstumais esant mažoms galioms - indukcijos ir rezonanso metodai, tokie kaip RFID žymose ir intelektualiosios kortelės. Dideliais atstumais ir didelėmis galiomis - krypties elektromagnetinės spinduliuotės diapazonas nuo UV iki mikrobangų.

Atidžiau pažvelkime į indukcijos metodą. Belaidis energijos perdavimas elektromagnetinės indukcijos būdu reiškia artimojo elektromagnetinio lauko naudojimą atstumais, proporcingais 17% bangos ilgio. Esmė ta, kad artimojo lauko energija savaime neišspinduliuoja, yra tik maži radiacijos ir varžiniai nuostoliai.

Elektrodinaminė indukcija veikia taip. Kai kintamoji elektros srovė praeina per pirminę apviją, aplink ją yra kintamasis magnetinis laukas, kuris tuo pačiu veikia antrinę apviją, sukeldamas kintamą EMF ir atitinkamai kintamąją srovę.

Norint pasiekti didesnį efektyvumą, pirminės ir antrinės apvijų santykinė padėtis turėtų būti pakankamai artima. Jei eksperimentinėmis sąlygomis antrinė apvija pradeda tolti nuo pirminės, tada magnetinio lauko dalis, pasiekianti antrinę apviją ir kertanti jos posūkius, taps mažesnė.

Pašalinus antrinę apviją, net ir nedideliu atstumu, indukcinė jungtis tarp apvijų ilgainiui tampa tokia maža, kad didžioji dalis magnetinio lauko perduodamos energijos bus sunaudota ypač neefektyviai ir paprastai veltui.

Panaši sistema pateikiama pačia paprasčiausia forma. klasikiniame elektros transformatoriuje. Galų gale, transformatorius yra paprasčiausias prietaisas belaidžiam energijos perdavimui, nes jo pirminės ir antrinės apvijos nėra galvaniškai sujungtos viena su kita. Energijos perkėlimas iš pirminės į antrinę vyksta joje per procesą, vadinamą tarpusavio indukcija. Pagrindinė transformatoriaus funkcija yra padidinti arba sumažinti į pirminę apviją tiekiamą įtampą.

Bekontakčiuose mobiliosios įrangos įkrovikliuose, elektriniuose dantų šepetėliuose ir indukcinėse kaitlentėse yra įgyvendinti tik elektrodinaminės indukcijos metodai. Trūkumas perduodant energiją tokiu būdu yra tas, kad efektyvus veiksmas yra labai mažas. Norint pasiekti tinkamą efektyvumą, siųstuvas ir imtuvas turi būti labai arti vienas kito, beveik arti principo, kad jie gali veiksmingai sąveikauti vienas su kitu.

Norint padidinti indukcijos metodo efektyvumą, naudinga į tokią sistemą įvesti elektrinio rezonanso reiškinį, kuris padidins efektyvųjį perdavimo atstumą. Pridėjus į rezonansinę grandinę osciliacinę grandinę, ji savo veikimu tam tikru mastu padidina efektyvųjį perdavimo atstumą. Kad atsirastų rezonansas, siųstuvo ir imtuvo kilpos turi būti suderintos tuo pačiu bendru dažniu.

Tokios sistemos veikimą galima dar pagerinti, pataisant valdymo srovės bangos formą, nukrypstant ją nuo sinusoidinės iki pereinamosios nesinusinės, impulsinės.

Tuomet impulsų energijos perdavimas atliekamas keliais ciklais, o didelę galią tokiomis sąlygomis galima perduoti iš vienos LC grandinės į kitą ir mažesniu sukabinimo koeficientu, nei nenaudojant rezonansinių grandinių. Ritinių formos nesikeičia, ir bet kokiu atveju tai yra plokščios spiralės arba vieno sluoksnio solenoidai, prie kurių prijungti kondensatoriai, būtini norint sureguliuoti priėmimo elementą pagal siųstuvo rezonansinį dažnį.

Tradiciškai rezonansinė elektrodinaminė indukcija naudojama mobiliųjų prietaisų, tokių kaip mobilieji telefonai ir medicininiai implantai, bevieliuose akumuliatorių įkrovikliuose, taip pat elektrinėse transporto priemonėse. Vietiniai įkrovimo įtaisai naudoja tam tikro siųstuvo ritės pasirinkimą iš daugiasluoksnių apvijų rinkinio.

Šiuo atveju rezonanso reiškinys veikia tiek įkroviklio siųstuvo skydelio grandinėje, tiek įkrovimo įrenginyje įmontuoto įkrovimo modulio imtuvo grandinėje, kad būtų maksimaliai padidintas energijos perdavimo ir priėmimo efektyvumas. Šios konfigūracijos technologija yra universali ir gali būti naudojama belaidžiam įkrovimui įvairių prietaisų, turinčių atitinkamus rezonansinius imtuvus.

Šio plano technika yra naudojama kaip „Qi“ belaidžio įkrovimo standarto dalis. Šis standartas suteikia dvi energijos perdavimo galimybes: mažos galios - nuo 0 iki 5 vatų ir vidutinės galios - iki 10 vatų. Standartas buvo sukurtas po 2008 m. Belaidžio energijos konsorciumo (WPC) indukcijai perduoti energiją iki 4 cm.

Įrangą su „Qi“ palaikymu sudaro siųstuvas su plokščia ritė (jis yra už plokštės), prijungtas prie stacionarios energijos šaltinio, ir suderinamas imtuvas, įmontuojamas įkrovimo įrenginio viduje (taip pat plokščios ritės pavidalu). PKai naudojate įkroviklį, prijungtas prietaisas dedamas ant siųstuvo plokštės. Tokiu atveju galioja elektromagnetinės indukcijos principas tarp šių dviejų plokščių ritinių, kaip ir transformatoriuje.

„Qi“ šiandien naudojama kai kuriuose įrenginiuose: „Apple“, „Asus“, „HTC“, „Huawei“, „LG Electronics“, „Motorola Mobility“, „Nokia“, „Samsung“, „Xiaomi“, „Sony“, „Yota“ įrenginiuose. Konsorciumo tikslas yra sukurti bendrą indukcinio įkrovimo technologijos standartą, kad belaidžiai įkrovikliai taptų žinomu viešų vietų, pavyzdžiui, kavinių, oro uostų, sporto arenų, atributu.

Rezonansinė elektrodinaminė indukcija taip pat naudojama tiesiogiai belaidžiam energijos tiekimui įrenginiams, kurių viduje nėra baterijų. Tai apima RFID žymas ir bekontaktes intelektualiąsias korteles. Panašus principas taikomas perduodant elektros energiją. „Tesla“ transformatoriuje - iš pirminės grandinės - induktoriaus - į jo viduje esantį rezonatorių. Pats „Tesla“ transformatorius, savo ruožtu, taip pat tarnauja kaip belaidis energijos siųstuvas, tik daugiau elektrostatinis nei elektromagnetinis.