Sähkömagneettisen induktion menetelmä langattomassa energian siirrossa

Menetelmää sähköenergian siirtämiseksi etäisyyteen käyttämättä johtavaa väliainetta kutsutaan sähkön langattomaksi siirtämiseksi. Vuoteen 2011 mennessä mikroaaltoalueella tehtiin useita onnistuneita kokeita, joiden kapasiteetti oli useita kymmeniä kilowatteja, kun taas hyötysuhde oli noin 40%.

Tämä tapahtui ensin vuonna 1975 Kaliforniassa ja toisen kerran vuonna 1997 Reunion Islandilla. Pisin etäisyys oli noin kilometri, suoritettiin kokeilu yhden kylän energiansäästömahdollisuuksien tutkimiseksi ilman perinteistä kaapelia.

Teknisesti tietyn etäisyyden sähkönsiirron periaatteisiin sisältyy siirtoetäisyydestä riippuen seuraavat. Lyhyillä matkoilla pienillä voimilla - induktio- ja resonanssimenetelmät, kuten RFID-tunnisteissa ja älykortit. Suurilla etäisyyksillä ja suurilla voimilla - suuntaisen sähkömagneettisen säteilyn menetelmä ultravioletista mikroaaltoon.

Katsotaanpa lähemmin induktiomenetelmää. Energian langaton siirto sähkömagneettisen induktion avulla tarkoittaa lähellä olevan sähkömagneettisen kentän käyttöä etäisyyksillä, jotka ovat verrannollisia 17%: iin aallonpituudesta. Tärkeintä on, että lähellä olevan kentän energia ei säteile itsessään, siinä on vain pieniä säteily- ja resistiivisiä häviöitä.

Sähköodynaaminen induktio toimii näin. Kun vaihtuva sähkövirta kulkee ensiökäämin läpi, sen ympärillä on vaihtuva magneettikenttä, joka vaikuttaa samanaikaisesti toisiokäämiin, indusoimalla muuttuvaa EMF: ää ja vastaavasti vaihtovirtaa.

Suuremman hyötysuhteen saavuttamiseksi ensiö- ja toisiokäämien suhteellisen sijainnin tulisi olla riittävän lähellä. Jos toissijainen käämi alkaa kokeellisissa olosuhteissa siirtyä pois ensiömäisestä, niin toisiokäämiä saavuttava ja kääntöjä ylittävä osa magneettikentästä pienenee.

Kun toisiokäämi poistetaan, jopa pienellä etäisyydellä, käämien välinen induktiokytkentä lopulta muuttuu niin pieneksi, että suurin osa magneettikentän välittämästä energiasta kuluu erittäin tehottomasti ja yleensä turhaan.

Samanlainen järjestelmä esitetään yksinkertaisimmassa muodossaan. klassisessa sähkömuuntajassa. Loppujen lopuksi muuntaja on yksinkertaisin laite langattomaan sähkönsiirtoon, koska sen ensiö- ja toisiokäämit eivät ole galvaanisesti kytketty toisiinsa. Energian siirto primaarista toissijaiseen toteutetaan siinä prosessin kautta, jota kutsutaan keskinäiseksi induktioksi. Muuntajan päätehtävänä on lisätä tai vähentää ensiökäämiin syötettyä jännitettä.

Liikkuvien laitteiden, sähköhammasharjojen ja induktiokeittimien kosketuksettomissa latureissa toteutetaan vain sähköodynaamisen induktion menetelmät. Haittana energian siirtämiselle tällä tavalla on, että tehokas toiminta on hyvin pieni. Oikean tehokkuuden saavuttamiseksi lähetin ja vastaanotin on sijoitettava hyvin, hyvin lähelle toisiaan, melkein lähelle periaatetta, että ne voivat toimia tehokkaasti toistensa kanssa.

Induktiomenetelmän tehokkuuden lisäämiseksi on hyödyllistä tuoda sähköresonanssi-ilmiö sellaiseen järjestelmään, joka lisää tehokasta siirtoetäisyyttä. Lisäämällä värähtelevä piiri resonanssipiiriin, se lisää toiminnallaan jossain määrin tehollista lähetysetäisyyttä. Jotta resonanssi tapahtuisi, lähettimen ja vastaanottimen silmukat on viritettävä samaan yhteiseen taajuuteen.

Tällaisen järjestelmän suorituskykyä voidaan edelleen parantaa korjaamalla ohjausvirran aaltomuoto, poikkeamalla siitä sinimuotoisesta siirtymävaiheeseen, joka ei ole sinimuotoinen, pulssi.

Pulssienergian siirto suoritetaan sitten useassa jaksossa, ja merkittävä teho voidaan siirtää tällaisissa olosuhteissa yhdestä LC-piiristä toiseen ja pienemmällä kytkentäkerroimella kuin ilman resonanssipiirejä. Käämien muodot eivät muutu, ja ne ovat joka tapauksessa litteitä spiraaleja tai yksikerroksisia solenoideja, joihin on kytketty kondensaattoreita, jotka ovat tarpeen vastaanottoelementin virittämiseksi lähettimen resonanssitaajuudelle.

Perinteisesti resonanssisähköistä induktiota käytetään matkaviestimien, kuten matkapuhelimien ja lääketieteellisten implanttien, langattomissa akkulatureissa sekä sähköajoneuvoissa. Paikalliset latauslaitteet käyttävät tietyn lähetinkelan valintaa monikerroskäämien joukosta.

Tässä tapauksessa resonanssi-ilmiö toimii sekä laturin lähetinpaneelin piirissä että latauslaitteeseen asennetun latausmoduulin vastaanotinpiirissä siten, että energian siirron ja vastaanoton tehokkuus on maksimoitu. Tämän kokoonpanon tekniikka on universaalia, ja sitä voidaan käyttää langattomasti lataamaan erilaisia ​​laitteita, jotka on varustettu sopivilla resonanssivastaanottimilla.

Tämän suunnitelman tekniikka hyväksytään osaksi Qi-langatonta latausstandardia. Tämä standardi tarjoaa kaksi vaihtoehtoa energian siirtämiselle: pieni teho - 0 - 5 wattia ja keskimääräinen teho - jopa 10 wattia. Standardin kehitti vuoden 2008 jälkeen Wireless Power Consortium (WPC) jopa 4 cm: n energian induktionsiirtoon.

Qi-tuella varustettuihin laitteisiin kuuluu lähetin, jossa on litteä kela (se sijaitsee levyn takana), kytkettynä kiinteään virtalähteeseen, ja yhteensopiva vastaanotin, joka on asennettu latauslaitteen sisään (myös litteän kelan muodossa). PKun käytät laturia, kytketty laite asetetaan lähetinlevylle. Tässä tapauksessa näiden kahden litteän kelan välillä, kuten muuntajassa, noudatetaan sähkömagneettisen induktion periaatetta.

Qi: tä käytetään nykyään joissakin laitteissa: Apple, Asus, HTC, Huawei, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, Xiaomi, Sony, Yota Devices. Konsortion tavoitteena on luoda yksi induktiolataustekniikan standardi, jotta langattomista latureista tulisi tuttuja ominaisuuksia julkisissa paikoissa, kuten kahviloissa, lentokentillä, urheiluhallilla jne.

Resonanssisähköinen induktio käytetään myös suoraan langattomasti laitteisiin, joissa ei ole paristoja. Näitä ovat RFID-tunnisteet ja kontaktittomat älykortit. Samanlainen periaate sähköenergian siirrossa pätee. Teslan muuntajassa - ensiöpiiristä - induktorista - resonaattoriin, joka sijaitsee sen sisällä. Itse Tesla-muuntaja toimii puolestaan ​​myös langattomana energianlähettimenä, vain enemmän sähköstaattisina kuin sähkömagneettisina.