Метода електромагнетне индукције у бежичном преносу енергије

Начин преношења електричне енергије на даљину без коришћења проводљивог медија назива се бежични пренос електричне енергије. До 2011. године извршено је неколико успешних експеримената у микроталасном опсегу капацитета неколико десетина киловата, а ефикасност је била око 40%.

Ово се догодило први пут 1975. у Калифорнији, а други пут 1997. на острву Реунион. Најдужа удаљеност била је око један километар, спроведен је експеримент да се проуче могућности уштеде енергије једног села без употребе традиционалног кабла.

Технолошки принципи преноса електричне енергије на даљину укључују, у зависности од удаљености преноса, следећа. На малим удаљеностима при малим снагама - индукционим и резонантним методама, као што су у РФИД ознакама и паметне картице. На великим удаљеностима и при великим снагама - метода усмереног електромагнетног зрачења у распону од УВ до микроталасне.

Погледајмо поближе метод индукције. Бежични пренос енергије путем електромагнетне индукције подразумева употребу блиског електромагнетног поља на растојањима пропорционалним 17% таласне дужине. Суштина је да енергија блиског поља сама по себи не зрачи, постоје само мали губици од зрачења и отпора.

Електродинамичка индукција делује овако. Када наизменична електрична струја прође кроз примарни намот, око ње постоји наизменично магнетно поље, које истовремено делује на секундарни намот, индукујући променљиви ЕМФ и, у складу с тим, наизменичну струју.

Да би се постигла већа ефикасност, релативни положај примарног и секундарног намотаја треба да буде довољно близу. Ако се у експерименталним условима секундарно навијање почне удаљавати од примарног, тада ће део магнетног поља који допире до секундарног намотаја и прелази његове завоје постати мањи.

Како се уклања секундарни намот, чак и на малом растојању, индукциона спојница између намотаја ће с временом постати толико мала да ће се већина енергије коју преноси магнетно поље трошити крајње неефикасно и углавном узалуд.

Сличан систем представљен је у свом најједноставнијем облику. у класичном електричном трансформатору. Напокон, трансформатор је најједноставнији уређај за бежични пренос напајања, јер његова примарна и секундарна намотаја нису галвански повезана једно са другим. Пренос енергије са примарног на секундарни се у њему реализује процесом званим узајамна индукција. Главна функција трансформатора је да повећа или смањи напон који се испоручује у примарном намоту.

У бесконтактним пуњачима за мобилну опрему, за електричне четкице за зубе и индукцијске плоче за прање, примењују се само методе електродинамичке индукције. Недостатак преношења енергије на овај начин је тај што је ефикасно деловање врло мало. Да би постигли одговарајућу ефикасност, предајник и пријемник морају бити постављени веома, веома близу једни другима, готово близу принципа да могу ефикасно комуницирати једни са другима.

Да би се повећала ефикасност индукционе методе, корисно је увести такав феномен електричне резонанције у такав систем, који ће повећати ефективну удаљеност преноса. Додавањем осцилацијског круга у резонантни круг, он својим деловањем у одређеној мери повећава ефективну удаљеност преноса. Да би дошло до резонанције, петље предајника и пријамника морају бити подешене на исту заједничку фреквенцију.

Перформансе таквог система могу се побољшати исправљањем таласног облика управљачке струје, одступањем од синусоидног до прелазног не-синусоидног, импулса.

Пренос импулса енергије се затим врши у неколико циклуса, а значајна снага се може под таквим условима пренијети из једног ЛЦ круга у други, и са нижим коефицијентом спајања него без употребе резонантних кругова. Облици завојница се не мењају и у сваком случају су то равне спирале или једнослојни соленоиди са кондензаторима који су повезани са њима, неопходни за подешавање пријемног елемента на резонантну фреквенцију предајника.

Традиционално се резонантна електродинамичка индукција користи у бежичним пуњачима батерија мобилних уређаја, попут мобитела и медицинских имплантата, као и у електричним возилима. Локализовани уређаји за пуњење користе избор одређеног завојног предајника из низа вишеслојних намотаја.

У овом случају, појава резонанције делује како у кругу предајне плоче пуњача, тако и у пријемном кругу модула за пуњење инсталираног на уређају за пуњење, тако да је ефикасност преноса и пријема енергије максимална. Технологија ове конфигурације је универзална и може се користити за бежично пуњење различитих гаџета опремљених одговарајућим резонантним пријемницима.

Техника овог плана је усвојена као део Ки стандарда за бежично пуњење. Овај стандард пружа две опције за пренос енергије: ниску снагу - од 0 до 5 вата и средњу снагу - до 10 вата. Стандард је развијен након 2008. бежичног конзорцијума за напајање (ВПЦ) за индукциони пренос енергије до 4 цм.

Опрема са Ки подршком укључује предајник са равном завојницом (налази се иза плоче) спојен са стационарним извором напајања и компатибилни пријемник који је уграђен унутар уређаја за пуњење (такође у облику равне завојнице). ПКада користите пуњач, повезани уређај се поставља на плочу предајника. У овом случају се примењује принцип електромагнетне индукције између ова два равна завојница, као у трансформатору.

Ки се данас користи у неким уређајима: Аппле, Асус, ХТЦ, Хуавеи, ЛГ Елецтроницс, Моторола Мобилити, Нокиа, Самсунг, Ксиаоми, Сони, Иота Девицес. Циљ конзорцијума је да створи јединствени стандард за технологију индукцијског пуњења како би бежични пуњачи постали познати атрибут јавних места, попут кафића, аеродрома, спортских арена итд.

Ресонанчна електродинамичка индукција такође се користи за директно бежично напајање уређаја који немају батерије у себи. Они укључују РФИД тагове и бесконтактне паметне картице. Сличан принцип се односи и на пренос електричне енергије. у Теслином трансформатору - од примарног круга - индуктора - до резонатора који се налази у њему. Сам Теслин трансформатор, заузврат, служи и као бежични предајник енергије, само више електростатички од електромагнетног.