Kaedah induksi elektromagnet dalam pemindahan tenaga tanpa wayar

Kaedah pemancar tenaga elektrik ke jarak tanpa menggunakan media konduktif dipanggil penghantaran tanpa wayar elektrik. Menjelang tahun 2011, beberapa eksperimen yang berjaya dijalankan dalam julat gelombang mikro dengan kapasiti beberapa puluhan kilowatt, manakala kecekapannya adalah sekitar 40%.

Ini berlaku pada tahun 1975 di California dan kali kedua pada tahun 1997 di Pulau Reunion. Jarak terpanjang adalah kira-kira satu kilometer, satu eksperimen dijalankan untuk mengkaji kemungkinan menjimatkan tenaga di satu kampung tanpa menggunakan kabel tradisional.

Secara teknologi, prinsip-prinsip penghantaran kuasa elektrik ke atas jarak jauh termasuk, bergantung kepada jarak penghantaran, yang berikut. Pada jarak pendek pada kuasa rendah - kaedah induksi dan resonans, seperti dalam tag RFID dan kad pintar. Pada jarak yang jauh dan pada kuasa tinggi - kaedah radiasi elektromagnetik arah dalam jarak dari UV ke gelombang mikro.

Mari kita lihat dengan lebih dekat kaedah induksi. Penyampaian tanpa wayar melalui induksi elektromagnetik menunjukkan penggunaan medan elektromagnetik dekat pada jarak yang sepadan dengan 17% daripada panjang gelombang. Intinya adalah bahawa tenaga medan berhampiran tidak memancar sendiri, hanya terdapat radiasi kecil dan kerugian rintangan.

Kerja induksi elektrodinamik seperti ini. Apabila aliran elektrik bersilih ganti melewati penggulungan utama, terdapat medan magnet yang berselang-seli di sekelilingnya, yang serentak bertindak pada penggulungan sekunder, yang mendorong EMF berubah-ubah dan, dengan itu, arus berselang-seli.

Untuk mendapatkan kecekapan yang lebih tinggi, kedudukan relatif lilitan primer dan menengah mestilah cukup dekat. Jika, di bawah keadaan percubaan, penggulungan sekunder mula bergerak dari primer, maka bahagian medan magnet yang mencapai penggulungan sekunder dan melintasi giliran akan menjadi lebih kecil.

Apabila penggulungan sekunder dikeluarkan, walaupun pada jarak yang kecil, gandingan induksi antara lilitan akan menjadi sangat kecil sehingga sebahagian besar tenaga yang ditransmisikan oleh medan magnet akan dimakan sangat tidak cekap dan pada umumnya sia-sia.

Sistem yang sama dibentangkan dalam bentuk yang paling sederhana. dalam pengubah elektrik klasik. Lagipun, pengubah adalah peranti paling mudah untuk penghantaran kuasa tanpa wayar, kerana lintasan utama dan sekundernya tidak bersambung dengan satu sama lain. Pemindahan tenaga dari primer ke menengah dilaksanakan di dalamnya melalui proses yang disebut induksi bersama. Fungsi utama pengubah adalah untuk meningkatkan atau mengurangkan voltan yang dibekalkan kepada penggulungan utama.

Dalam pengecas tanpa sentuh untuk peralatan mudah alih, untuk berus gigi elektrik dan dalam induksi, hanya kaedah induksi elektrodinamik dilaksanakan. Kelemahan dalam memindahkan tenaga dengan cara ini ialah tindakan yang berkesan adalah sangat kecil. Untuk mencapai kecekapan yang tepat, pemancar dan penerima harus diletakkan sangat, sangat dekat antara satu sama lain, hampir dekat dengan prinsip yang mereka dapat berinteraksi dengan berkesan antara satu sama lain.

Untuk meningkatkan kecekapan kaedah induksi, ia berguna untuk memperkenalkan fenomena resonans elektrik ke dalam sistem sedemikian, yang akan meningkatkan jarak penghantaran berkesan. Dengan penambahan litar berayun ke litar resonan, ia dengan tindakannya sedikit sebanyak meningkatkan jarak penghantaran berkesan. Untuk resonans berlaku, pemancar dan gelung penerima mesti ditala kepada kekerapan biasa yang sama.

Prestasi sistem sedemikian dapat ditingkatkan dengan memperbaiki bentuk gelombang arus kendali, menyimpangnya dari sinusoidal ke sinusoidal transisi yang tidak sinusoidal.

Pemindahan tenaga denyut kemudian dijalankan dalam beberapa kitaran, dan kuasa yang signifikan dapat dipindahkan di bawah keadaan seperti dari satu litar LC ke yang lain, dan dengan koefisien gandingan yang lebih rendah daripada tanpa menggunakan litar resonan. Bentuk-bentuk gegelung tidak berubah, dan dalam mana-mana mereka adalah spiral rata atau solenoid tunggal-lapisan dengan kapasitor yang disambungkan kepada mereka, perlu menyesuaikan elemen penerimaan kepada frekuensi resonan pemancar.

Secara tradisi, induksi elektrodinamik resonan digunakan dalam pengecas bateri tanpa wayar bagi peranti mudah alih, seperti telefon bimbit dan implan perubatan, serta dalam kenderaan elektrik. Peranti pengecas setempat menggunakan pemilihan gegelung pemancar tertentu dari set gulungan multilayer.

Dalam kes ini, fenomena resonans berfungsi dalam litar panel pemancar pengecas dan litar penerima modul pengecasan dipasang pada peranti pengecasan, supaya kecekapan penghantaran dan penerimaan tenaga dimaksimumkan. Teknologi konfigurasi ini adalah universal, dan boleh digunakan untuk mengecas secara wayarles pelbagai alat yang dilengkapi dengan penerima resonan yang sesuai.

Teknik pelan ini diguna pakai sebagai sebahagian daripada standard pengecasan tanpa wayar Qi. Piawaian ini menyediakan dua pilihan untuk pemindahan tenaga: kuasa rendah - dari 0 hingga 5 watt dan kuasa sederhana - sehingga 10 watt. Standard ini dibangunkan selepas 2008 oleh Wireless Power Consortium (WPC) untuk pemindahan induksi tenaga sehingga 4 cm.

Peralatan dengan sokongan Qi termasuk pemancar dengan gegelung rata (ia terletak di belakang plat) yang disambungkan kepada sumber kuasa pegun, dan penerima yang serasi yang dipasang di dalam peranti pengecasan (juga dalam bentuk gegelung rata). PApabila menggunakan pengecas, peranti yang disambungkan diletakkan pada plat pemancar. Dalam kes ini, prinsip induksi elektromagnet antara kedua gegelung rata, seperti dalam pengubah, digunakan.

Qi digunakan hari ini dalam beberapa peranti: Apple, Asus, HTC, Huawei, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, Xiaomi, Sony, Yota Devices. Matlamat konsortium adalah untuk mewujudkan satu standard bagi teknologi pengecasan induksi untuk menjadikan pengecas tanpa wayar sebagai ciri umum tempat awam, seperti kafe, lapangan terbang, arena sukan, dan lain-lain.

Induksi elektrodinamik dengan resonans juga digunakan untuk bekalan kuasa tanpa wayar langsung peranti yang tidak mempunyai bateri di dalamnya. Ini termasuk tag RFID dan kad pintar tanpa sentuh. Prinsip yang sama untuk pemindahan tenaga elektrik berlaku. dalam pengubah Tesla - dari litar utama - induktor - kepada resonator yang terletak di dalamnya. Transformer Tesla itu sendiri pula berfungsi sebagai pemancar tenaga tanpa wayar, hanya lebih elektrostatik daripada elektromagnetik.